JP7319861B2 - Microfluidic system and respective methods for digital polymerase chain reaction of biological samples - Google Patents

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Description

概して、本発明は、化学反応又は生化学反応の化学分析などの試料分析の技術分野に関し、より具体的には、生物学的試料のハイスループット分析の技術分野に関する。より詳細には、本発明は、生物学的試料のデジタルポリメラーゼ連鎖反応(dPCR)のためのマイクロ流体システムに関する。さらに詳細には、そのようなシステムは、それぞれ、そこに提供される少なくとも1つの生物学的試料の化学的又は生物学的反応のための反応サイトとして機能する、例えばウェル又はマイクロウェルの形で、反応チャンバ又は反応容器として実装されるパーティションとも呼ばれる反応領域のアレイと流体連通する流路を備えたマイクロ流体デバイスを有し、そのシステムは可能な限り高速で信頼性の高いマイクロ流体デバイスで所望のサーモサイクリング温度プロファイルを達成できる。さらに、本発明は、そのようなマイクロ流体システムにおける生物学的試料のdPCRのためのそれぞれの方法に関する。 The present invention relates generally to the technical field of sample analysis, such as chemical analysis of chemical or biochemical reactions, and more specifically to the technical field of high-throughput analysis of biological samples. More particularly, the present invention relates to microfluidic systems for digital polymerase chain reaction (dPCR) of biological samples. More particularly, such systems are e.g. in the form of wells or microwells, respectively, which serve as reaction sites for chemical or biological reactions of at least one biological sample provided therein. , a microfluidic device with channels in fluid communication with an array of reaction areas, also called partitions, implemented as reaction chambers or reaction vessels, the system being as fast and reliable as possible in a microfluidic device. of thermocycling temperature profiles can be achieved. Furthermore, the invention relates to respective methods for dPCR of biological samples in such microfluidic systems.

化学反応又は生化学反応の化学分析のための診断技術の分野では、同じ-好ましくは使い捨ての-マイクロ流体デバイス上の1つ又は複数のテスト試料で複数の異なる化学分析を実行し、それにより、単一の分析プロセスの間に複数の異なる試薬で1つ又は複数のテスト試料を独立して分析する方法を提供できることが目標である。そのようなテスト試料として、生物学的試料が通常使用され、生物学的試料は、例えば取得された試料内の異なる成分の濃度レベルを決定するために、実験室分析の医療関係者によって患者から取得される。したがって、「試料」及び「生物学的試料」という用語は、目的成分を潜在的に含み得る材料をいい、試料は、血液、唾液、眼液、脳脊髄液、汗、尿、便、精液、乳、腹水、粘液、滑液、腹膜液、羊水、組織、培養細胞等を含む生理学的液体のような、任意の生体源に由来し得、試料は、所定の抗原又は核酸を含むと特に考えられ得る。 In the field of diagnostic technology for chemical analysis of chemical or biochemical reactions, multiple different chemical analyzes are performed on one or more test samples on the same - preferably disposable - microfluidic device, thereby It is a goal to be able to provide a method of independently analyzing one or more test samples with multiple different reagents during a single analytical process. As such a test sample, a biological sample is usually used, e.g. is obtained. Accordingly, the terms "sample" and "biological sample" refer to materials that may potentially contain a component of interest, and samples include blood, saliva, ocular fluid, cerebrospinal fluid, sweat, urine, stool, semen, It is specifically contemplated that a sample may be derived from any biological source, such as physiological fluids including milk, ascites, mucus, synovial fluid, peritoneal fluid, amniotic fluid, tissue, cultured cells, etc., containing a given antigen or nucleic acid. can be

既知の化学的、生化学的及び/又は生物学的化学分析のほとんどは、反応サイト内で上記のような生物学的試料を静止させ、静止した試料材料で1つ又は複数の反応を行い、その後に定量的及び/又は定性的分析プロセスを行うことを含む。ここで、多くの生物学的、生化学的、診断的又は治療的な応用のために、生物学的試料内の特定の物質又は化合物、即ち目的成分の量又は濃度を正確に決定できることが不可欠である。この目的を可能な限り正確に達成するために、この技術分野では長年にわたり、広く知られているポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法など、さまざまな方法が開発されており、PCR法は、生物学的試料内の核酸のインビトロ合成を可能にし、DNAセグメントが特異的に複製され得る、即ち試料内のDNA又はRNAの小さなセグメントをコピー又は増幅する費用対効果の高い方法である。DNAセグメント又はRNAセグメントを増幅するためのそのような方法の開発は、遺伝子分析ならびに多くの遺伝病の診断、又はウイルス量の検出において大きな利益を生み出している。 Most of the known chemical, biochemical and/or biological chemical assays immobilize a biological sample, such as those described above, within a reaction site, perform one or more reactions on the static sample material, Including subsequent quantitative and/or qualitative analysis processes. Here, for many biological, biochemical, diagnostic or therapeutic applications, it is essential to be able to accurately determine the amount or concentration of a particular substance or compound, i.e. a component of interest, within a biological sample. is. In order to achieve this goal as accurately as possible, various methods have been developed over the years in the field of technology, such as the widely known polymerase chain reaction (PCR) method, which is a biological It is a cost-effective method of copying or amplifying small segments of DNA or RNA within a sample that allows in vitro synthesis of nucleic acids within the sample such that DNA segments can be specifically replicated. The development of such methods for amplifying DNA or RNA segments has yielded great benefits in genetic analysis and diagnosis of many genetic diseases, or detection of viral load.

通常、サーモサイクリングとも呼ばれる熱サイクリングは、そのようなDNAセグメント又はRNAセグメントを増幅するための反応チャンバ内の試料中の反応物の加熱と冷却を提供するために利用され、サーモサイクラを含む実験器具が、PCRに基づく診断化学分析の自動手順を達成するために通常使用され、PCRの実行中、液体PCR試料は、さまざまな温度レベルに繰り返し加熱及び冷却され、様々な温度プラトーで一定時間維持されなければならない。一例として、典型的なPCRの実行の過程で、特定の標的核酸は、反応混合物中に存在する核酸が、(a)二本鎖DNAの分離のために、比較的高温、例えば90℃を超える、通常約94℃から95℃の変性温度で変性し、(b)反応混合物が、短いオリゴヌクレオチドプライマが一本鎖標的核酸に結合する温度、例えば、テンプレート(アニーリング)を提供するための分離されたDNA鎖でのプライマ結合のために、約52℃から56℃のアニーリング温度まで冷却され、そして、その後、(c)プライマは、元の核酸配列が複製されるように、たとえば新しいDNA鎖を生成するために約72℃の伸長温度で、ポリメラーゼ酵素を使用して伸長/進展する、一連のステップの周期の繰り返しによって増幅される。変性、アニーリング、伸長の繰り返しサイクル、通常は約25~30の繰り返しサイクルにより、試料に存在する標的核酸の量が指数関数的に増加する。現在、サーモサイクリング中にそのような温度プラトーを正確に維持できるようするため、試料を含む反応領域間の均一な試料収率を得るためにすべての反応領域が均一に加熱及び冷却され得るように、反応ゾーンにわたって均一な温度分布が維持されるべきである。正規のPCR法を実行するには、DNAセグメントを増幅するためのサーマルサイクラ/サーモサイクラ等の、一般的に知られているサーモサイクリングデバイスが使用され得、これは、しばしば試料調温マウントとも呼ばれる、試料を受けるためのマウントと、マウントに取り付けられるヒートポンプから基本的に構成され、ヒートパイプは、マウントの動的な加熱及び冷却のため、したがって、試料に提供される温度を動的に制御するために使用されるペルチェ素子と、熱を例えば周囲環境に放散するためにペルチェ素子に熱的に結合されるそれぞれのヒートシンクとの組み合わせの形態でしばしば提供される。 Thermocycling, also commonly referred to as thermocycling, is utilized to provide heating and cooling of reactions in a sample within a reaction chamber for amplifying such DNA or RNA segments, and laboratory equipment including thermocyclers. is commonly used to achieve an automated procedure for PCR-based diagnostic chemical analysis, during which the liquid PCR sample is repeatedly heated and cooled to different temperature levels and maintained at different temperature plateaus for a period of time. There must be. As an example, during the course of a typical PCR run, a particular target nucleic acid must be exposed to (a) a relatively high temperature, e.g. , usually at a denaturation temperature of about 94° C. to 95° C.; For primer binding to the new DNA strand, it is cooled to an annealing temperature of about 52° C. to 56° C., and then (c) the primer binds to the new DNA strand such that the original nucleic acid sequence is replicated, e.g. It is amplified by repeated cycles of a series of steps that extend/progress using a polymerase enzyme at an extension temperature of about 72° C. to produce. Repeated cycles of denaturation, annealing, extension, usually about 25-30 cycles, exponentially increase the amount of target nucleic acid present in the sample. Currently, in order to be able to accurately maintain such temperature plateaus during thermocycling, all reaction regions can be uniformly heated and cooled to obtain uniform sample yields among the reaction regions containing the sample. , a uniform temperature distribution should be maintained over the reaction zone. Commonly known thermocycling devices, such as thermal cyclers/thermocyclers, for amplifying DNA segments, which are often referred to as sample thermostatic mounts, can be used to perform regular PCR methods. , which basically consists of a mount for receiving the sample and a heat pump attached to the mount, the heat pipe for dynamic heating and cooling of the mount and thus dynamically controlling the temperature provided to the sample. It is often provided in combination with a Peltier element used for heating and a respective heat sink thermally coupled to the Peltier element for dissipating heat, for example to the surrounding environment.

一般に、診断化学分析をより速く、より安く、より簡単に実行し続ける一方で、従来の実験室プロセスの効率を高めるとともに高精度を達成するという基本的なニーズが存在する。本発明の焦点であるDNAセグメント又はRNAセグメントを増幅するための言及された方法の一つの特定の例は、デジタルPCR又はdPCRとも呼ばれるデジタルポリメラーゼ連鎖反応法であり、上記のように従来のPCR法のバイオテクノロジーの改良を示し、DNA、cDNA、又はRNAを含む核酸を直接定量し、クローン増幅するために使用され得る。
ここで、従来のPCRは1つの試料ごとに1つの反応を行うのに対して、dPCRは、多数の反応領域にそれぞれ提供された多数のパーティションに分かれた試料内で1つの反応を行い、より確実な核酸の収集及び高感度な測定が可能になるように、各反応領域で個別に反応が行われるので、dPCRと従来のPCRの実質的な違いは、核酸量の測定方法にある。したがって、単一のキャリアデバイス上での並行化学分析の数を増やすために、さまざまな化学分析操作の小型化及び統合を達成するために、かなりの努力が行われてきた。そのような単一キャリアデバイスの例として、マイクロ流体チップなどのマイクロ流体デバイスが開発されており、水性試料液体などの流動可能な試料液体の形でマイクロリットル又はナノリットルスケールの試料を受け取るマイクロスケールチャネル及びマイクロスケール反応領域を提供する。マイクロ流体チップ上の反応領域として提供されるマイクロウェル又はナノウェルなどの小さなウェルのアレイに事前に典型的に充填されるマイクロリットルスケールの試薬は、流路を流れる試料液体の流れに接触するためにそこに配置され、化学分析の各タイプは、流路と検知器の構成と同様に反応領域のアレイにロードされた試薬に依存し、マイクロ流体チップへの試料液体の充填は、試料液体をチップにピペッティングすることで実行され得る。この高度な技術により、複数の化学分析を小型化したスケールで同時に実行することができる。これらの化学的、生化学的及び/又は生物学的化学分析のほとんどは、ポリペプチド及び核酸、ウェル内の細胞又は組織等の生物学的材料の固定、並びに発光テスト測定等の定量的及び/又は定性的な分析プロセスに続いて固定化された材料との1つ又は複数の反応の実行を対象とする。説明のため、図3Aは、既知のマイクロ流体チップ6の一例の上面図を概略的に示し、図3Bは、図3Aの線A-Aに沿った断面図における図3Aのチップ6を示す。マイクロ流体チップ6は、下部プレート61と、上部プレート62、即ち、いわゆる2層マイクロ流体チップからなり、上部プレート62は、チップへの液体の導入のための入口63と、チップからの液体の流出のための出口64とを提供し、下部プレート61、即ちチップの下層、及び上部プレート62、即ちチップの上層の組み合わせは、それらの間に流路65を確立し、流路65は入口63を出口64に接続し、マイクロウェル66のアレイは、その上側、すなわち上部プレート62の内側で流路65に設けられている。ここで、試料液体を入口63を通じて流路65内に、出口63に向けて充填する場合、試料液体をマイクロウェルのアレイに沿って流すと、試料液体はマイクロウェル66のアレイの各部に満たされる。
In general, there is a fundamental need to continue to make diagnostic chemical analysis faster, cheaper, and easier to perform while increasing the efficiency of traditional laboratory processes and achieving high accuracy. One particular example of the mentioned method for amplifying a DNA or RNA segment that is the focus of the present invention is the digital polymerase chain reaction method, also called digital PCR or dPCR, and as described above conventional PCR methods. and can be used to directly quantify and clonally amplify nucleic acids, including DNA, cDNA, or RNA.
Here, conventional PCR performs one reaction per sample, whereas dPCR performs one reaction within a large number of partitioned samples each provided in a large number of reaction areas, resulting in more A substantial difference between dPCR and conventional PCR lies in the method of measuring the amount of nucleic acids, as reactions are performed individually in each reaction area to allow reliable collection and sensitive measurement of nucleic acids. Accordingly, considerable efforts have been made to achieve miniaturization and integration of various chemical analysis operations in order to increase the number of parallel chemical analyzes on a single carrier device. As examples of such single carrier devices, microfluidic devices such as microfluidic chips have been developed to receive microliter or nanoliter scale samples in the form of flowable sample liquids, such as aqueous sample liquids. Provide channels and microscale reaction areas. Microliter-scale reagents, which are typically pre-filled into arrays of small wells, such as microwells or nanowells, that are provided as reaction areas on a microfluidic chip are used to contact the flow of sample liquid flowing through the channels. Each type of chemical analysis placed there depends on the reagents loaded into the array of reaction areas as well as the configuration of the flow channels and detectors, and the filling of the microfluidic chip with the sample liquid depends on the sample liquid on the chip. can be carried out by pipetting to This advanced technique allows multiple chemical analyzes to be performed simultaneously on a miniaturized scale. Most of these chemical, biochemical and/or biological chemistry assays are quantitative and/or immobilisation of biological materials such as polypeptides and nucleic acids, cells or tissues in wells, and luminescence test measurements. or directed to performing one or more reactions with the immobilized material following a qualitative analytical process. For illustration purposes, FIG. 3A schematically shows a top view of an example of a known microfluidic chip 6, and FIG. 3B shows the chip 6 of FIG. 3A in a cross-sectional view along line AA of FIG. 3A. The microfluidic chip 6 consists of a lower plate 61 and an upper plate 62, i.e. a so-called two-layer microfluidic chip, the upper plate 62 comprising inlets 63 for the introduction of liquids into the chip and outflows of liquids from the chip. and the combination of the lower plate 61, the lower layer of the chip, and the upper plate 62, the upper layer of the chip, establish a channel 65 therebetween which leads to an inlet 63. Connected to the outlets 64 , an array of microwells 66 is provided in the channel 65 on its upper side, ie inside the top plate 62 . Here, when the sample liquid is filled into the channel 65 through the inlet 63 and toward the outlet 63, when the sample liquid flows along the array of microwells, each part of the array of microwells 66 is filled with the sample liquid. .

しかし、所望の小さな寸法を生成するために実際に反応チャンバの体積を小型化して、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体構造になると、表面積対体積比の増加、又は望ましくない試料液体の気化、及び特に、マイクロ流体デバイス内に提供されるか、又はマイクロ流体デバイスを通って流れる液体内の気泡の望ましくない生成に関連する問題など、いくつかの既知の問題が増加する。本発明の焦点において、マイクロ流体システムを循環する気泡が、一側面として、そこで使用されるあらゆる種類のセンサのマイクロ流体構造を損傷し得るだけでなく、隣接するマイクロウェル内の試料の望ましくない混合を引き起こし、相互汚染を引き起こし、したがって、実質的な実験誤差と誤った化学分析結果を引き起こすため、対象の生物学的試料を主に損傷し得るので、マイクロ流体構造内の液体に存在する気泡は、深刻な問題を構成する可能性がある。例えば、気泡は、反応領域内の反応成分を乾燥させることにより、クロマトグラフィーカラムに実験誤差を引き起こし得る。
また、気泡は、反応領域の光学的な検知及びそこで発生する反応に深刻な影響を与える可能性があり、化学分析の失敗につながる可能性がある。特に、マイクロ流体デバイスで試料のdPCRを実行するとき、いくつかの理由:(a)試料液体と分離液でマイクロ流体デバイスを充填するとき、気泡がマイクロ流体デバイスに閉じ込められ得る、(b)サーモサイクリング中、最初に閉じ込められた気泡((a)参照)が、試料液体の蒸発により成長し得る、又は(c)試料の蒸発により、新たな気泡が発生し得る、により、空気泡などの気泡は頻繁に発生する傾向がある。
However, when it comes to the microfluidic structure of the microfluidic device, the practical miniaturization of the volume of the reaction chamber to produce the desired small dimensions results in an increase in the surface area-to-volume ratio or undesired vaporization of the sample liquid and, in particular, Several known problems increase, such as those associated with the undesirable generation of air bubbles in liquids provided in or flowing through microfluidic devices. In the focus of the present invention, air bubbles circulating in microfluidic systems can, as an aspect, not only damage the microfluidic structure of any kind of sensor used therein, but also cause unwanted mixing of samples in adjacent microwells. Air bubbles present in the liquid within the microfluidic structure can primarily damage the biological sample of interest, causing substantial experimental error and erroneous chemical analysis results, thus causing cross-contamination and thus causing substantial experimental error and erroneous chemical analysis results. , can constitute a serious problem. For example, air bubbles can cause experimental error in chromatography columns by drying out reaction components within the reaction zone.
Also, bubbles can seriously affect the optical sensing of the reaction area and the reactions that occur there, leading to failure of the chemical analysis. Especially when performing dPCR of samples in microfluidic devices, there are several reasons: (a) when filling the microfluidic device with sample liquid and separation liquid, air bubbles can be trapped in the microfluidic device; During cycling, bubbles, such as air bubbles, may grow due to evaporation of the sample liquid (see (a)), which may initially be trapped, or (c) evaporation of the sample may generate new bubbles. tend to occur frequently.

前述の気泡の生成と成長に関する例示的な理由のため、図4A-図4Dは、マイクロ流体チップ7の断面を概略的に示しており、チップ7はそれぞれのサーモサイクリング器具に挿入されており、且つ概略的にのみ示されている。マイクロ流体チップ7は、図3A及び図3Bのマイクロ流体チップ6と同様の構造を有する、すなわち、下部プレート71及び上部プレート72を備え、入口73、出口74、及び入口73を出口74に接続する流路75を提供し、マイクロウェルの形態の反応領域76のアレイは、上側、即ち上部プレート72の内側で、流路75に設けられる。ここで、反応領域76のアレイは試料液体77で既に満たされ、シーリング液78が流路75に導入されており、反応領域の内側で試料液体77をシールし、入口73から出口74まで流路75を満たしている。マイクロ流体チップ7のサーモサイクリングを達成することができるように、チップ7は、いわゆるプレートサイクラ8の形態のサーモサイクリング器具、即ち、ホットプレートとも呼ばれる加熱可能なプレートによって実装されるボトムヒータ81及びトップヒータ82を備えた熱サイクラ又はサーモサイクラの内側に配置される。図4Aでは、マイクロ流体チップ7は、ヒータ81、82が非加熱状態で示されており、気泡91、例えば空気泡などが、試料液体77及び/又は分離液78でマイクロ流体デバイス7を充填している間、反応領域76のアレイの直下の流路75に誤って導入されている。 4A-4D schematically show a cross-section of a microfluidic chip 7, inserted into a respective thermocycling instrument, for illustrative reasons regarding the generation and growth of air bubbles previously described. and shown only schematically. Microfluidic chip 7 has a similar structure to microfluidic chip 6 of FIGS. Providing a channel 75 , an array of reaction areas 76 in the form of microwells is provided in the channel 75 on the upper side, ie inside the top plate 72 . Here, the array of reaction areas 76 has already been filled with sample liquid 77 and a sealing liquid 78 has been introduced into the channels 75 to seal the sample liquid 77 inside the reaction areas and flow channels from inlet 73 to outlet 74 . 75 is fulfilled. In order to be able to achieve thermocycling of the microfluidic chip 7, the chip 7 is implemented by a thermocycling apparatus in the form of a so-called plate cycler 8, i.e. a bottom heater 81 and a top heater 81 which are heatable plates, also called hotplates. It is placed inside a thermal or thermocycler with 82 . In FIG. 4A, the microfluidic chip 7 is shown with the heaters 81 , 82 unheated and a bubble 91 , such as an air bubble, fills the microfluidic device 7 with the sample liquid 77 and/or separation liquid 78 . , it is mistakenly introduced into the channel 75 immediately below the array of reaction regions 76 .

したがって、充填中に、「初期」気泡91が、チップ7の内部、例えばマイクロウェル内の試料液体内、又はチップ7の流路内に設けられたシーリング液内に閉じ込められる可能性がある。50℃超の加熱温度を提供するために少なくともボトムヒータ81がオンになっている図4Bにみられるように、既に導入された気泡91は、反応領域76のアレイ内の試料液体77の気化により成長している。また、新たな気泡92が、反応領域76のアレイ内の試料液体77の望ましくない気化により生成される。ここで、新たな気泡92は、調温中に任意の反応領域内に出現して成長し、流路75に同じものを残し得る。図4Cでは、試料液体77の望ましくない気化による気泡91、92の成長の進展が見られ、流路75は、その広がりに沿った気泡成長を示し、成長する気泡91、92がシーリング液78を徐々に流路75から押し出し、したがって、ここでそれぞれ矢印で示される、入口73及び出口74から出る。それにより、成長する気泡91、92は、マイクロウェルからシーリング液78を除去し、その結果、マイクロウェル内の試料液体77がより容易に蒸発できるようになる。また、成長する気泡91,92は、複数のマイクロウェルにわたって広がることができ、すなわち、気泡91、92は、いくつかのマイクロウェルからシーリング液78を押しのけて、これらのマイクロウェルを完全に「暴露する」ことができ、その結果、一つのマイクロウェルの内容物は、隣接するマイクロウェルに移動することができる。熱サイクラによる加熱がさらに進むと、気泡91、92はさらに成長することができ、1つの大きな気泡93に融合することもでき(図4D参照)、その結果、融合してまだ成長している気泡93が徐々にシール液78を流路75からさらに押し出し、したがって、それぞれの矢印で示されるように、入口73及び出口74からさらに押し出す。図4Aから図4D、特に図4Dに示されるような発展によって、望ましくない気泡の発生及び成長により、シーリング液78が反応領域76のアレイからほぼ完全に押し出され、それによりシーリング液78によってもたらされる封止効果が無効になることが明らかに推測され得る。したがって、反応領域76のアレイ内に提供された試料液体77の反応成分は、シーリング液78によってさらには保存されず、したがって、乾燥し得る。言い換えれば、図4Aから図4Dは、サーモサイクリング中に、「初期」気泡91及び新たに出現する気泡92が、反応領域76内に提供された試料液体77の気化により成長し得ることを示しており、気泡の成長は、流路75及び/又は反応領域76のアレイの形態で提供される測定領域がほとんど空になるまで続く。したがって、気泡91、92、93によるシーリング液78の除去により、隣接する反応領域間の相互汚染が発生する可能性がある。また、このように生成された望ましくない液体空気界面の力の下で細胞膜が伸びるので、気泡91、92、93は、反応領域76内の生物学的試料材料のせん断応力を増大させる可能性がある。さらに、すでに述べたように、気泡は、反応領域の光学的検出及びそこで発生する反応にとって実質的な問題となり得、あらゆる手段で回避する必要のある化学分析の失敗に実質的につながる。したがって、気泡の除去又は回避は、本技術分野における主要な課題である。 Thus, during filling, “initial” air bubbles 91 can become trapped inside the chip 7 , eg in the sample liquid in microwells or in the sealing liquid provided in the channels of the chip 7 . As seen in FIG. 4B, where at least the bottom heater 81 is turned on to provide a heating temperature above 50° C., the already introduced bubbles 91 grow due to the evaporation of the sample liquid 77 within the array of reaction regions 76. are doing. Also, new gas bubbles 92 are created due to unwanted vaporization of the sample liquid 77 within the array of reaction regions 76 . Here, new bubbles 92 may appear and grow in any reaction area during tempering, leaving the same in channel 75 . In FIG. 4C, the evolution of bubble 91, 92 growth due to undesired vaporization of sample liquid 77 is seen, channel 75 shows bubble growth along its extension, and growing bubbles 91, 92 flow through sealing liquid 78. It gradually pushes out of channel 75 and thus exits through inlet 73 and outlet 74, respectively shown here by arrows. The growing bubbles 91, 92 thereby dislodge the sealing liquid 78 from the microwells so that the sample liquid 77 in the microwells can evaporate more easily. Also, the growing bubbles 91, 92 can spread across multiple microwells, i.e., the bubbles 91, 92 displace the sealing liquid 78 from some microwells, completely 'exposing' these microwells. can", so that the contents of one microwell can migrate to an adjacent microwell. With further heating by the thermal cycler, the bubbles 91, 92 can grow further and even merge into one large bubble 93 (see FIG. 4D), resulting in a fused and still growing bubble. 93 gradually pushes sealing liquid 78 further out of channel 75 and thus out of inlet 73 and outlet 74 as indicated by the respective arrows. 4A to 4D, and in particular FIG. 4D, the undesirable bubble generation and growth causes the sealing liquid 78 to be pushed almost completely out of the array of reaction areas 76 and thereby caused by the sealing liquid 78. It can clearly be assumed that the sealing effect is nullified. Accordingly, the reaction components of the sample liquid 77 provided within the array of reaction areas 76 are not further preserved by the sealing liquid 78 and can therefore dry out. In other words, FIGS. 4A-4D show that during thermocycling, “initial” bubbles 91 and newly appearing bubbles 92 may grow due to vaporization of sample liquid 77 provided within reaction region 76 . The bubble growth continues until the measurement area provided in the form of an array of channels 75 and/or reaction areas 76 is almost empty. Therefore, removal of sealing liquid 78 by bubbles 91, 92, 93 can cause cross-contamination between adjacent reaction regions. Also, the bubbles 91, 92, 93 can increase the shear stress of the biological sample material within the reaction region 76 as cell membranes stretch under the undesirable liquid-air interface forces thus created. be. Furthermore, as already mentioned, air bubbles can be a real problem for optical detection of the reaction area and the reactions occurring therein, leading to substantial chemical analysis failures that must be avoided by all means. Therefore, removing or avoiding air bubbles is a major problem in the art.

これまで、マイクロ流体デバイスの流路内の気泡の問題を解決するためのさまざまなアプローチがあった。例えば、EP2830769A1に記載されているように、気泡の問題に対する1つの解決策は、基板のエッジ全体に沿って形成されたスリットの提供等、入口から特定のマイクロ流体構造を提供することにより充填中に気泡がマイクロ流体デバイスに導入されるのを防ぐことであり、流体は、入口マニホルドからスリットを通り、基板のほぼエッジ全体に沿って、均一な圧力で気泡なしに反応チャンバに流れ込む。しかしながら、ここで、そのような解決策の実質的な欠点は、そのようなマイクロ流体構造が、気泡がマイクロ流体デバイスに入るのを防ぐことができない場合、気泡が反応チャンバに行き着き、入り込んだ気泡を除去する手段なしで、増大したサイクル温度での試料の気化により成長し得ることである。また、増大したサイクル温度での試料の気化により、新たな気泡が発生し得、dPCRメソッドの失敗を引き起こすことになる。したがって、提供された既知の解決策は、すでに存在する気泡がマイクロ流体デバイスに入るのを回避するのに多少効果的であるとしても、いまだに入っている気泡又は新たに生成された気泡は、サーモサイクリング中に処理できない。 To date, there have been various approaches to solving the problem of air bubbles in channels of microfluidic devices. For example, as described in EP2830769A1, one solution to the bubble problem is by providing specific microfluidic structures from the inlet, such as providing slits formed along the entire edge of the substrate during filling. The first is to prevent air bubbles from being introduced into the microfluidic device, and the fluid flows from the inlet manifold through the slit into the reaction chamber along substantially the entire edge of the substrate with uniform pressure and without air bubbles. However, here, a substantial drawback of such a solution is that if such microfluidic structures cannot prevent air bubbles from entering the microfluidic device, they may end up in the reaction chamber and entrap air bubbles. can be grown by vaporization of the sample at increased cycle temperatures without any means of removing . Also, vaporization of the sample at increased cycling temperatures can generate new air bubbles, causing failure of the dPCR method. Therefore, even though the known solutions provided are somewhat effective in avoiding pre-existing air bubbles from entering the microfluidic device, the existing air bubbles or newly generated air bubbles can Cannot be processed while cycling.

気泡の問題に対する別の解決策は、例えば、US2005/0009101A1から知られており、これは、最終的に標的分析物の検出又は定量化をもたらすために試料に対して多くの操作を行うために使用できるマイクロ流体カセット又はデバイスを説明しており、ハイブリダイゼーション液又は洗浄緩衝液中に形成された泡の検出を可能にするライトパイプが提供され、検出された泡を除去するために、ペリスタルティック相互作用の意味で柔軟層と機能的な関係でローラが提供され、柔軟層のエラストマー材料は、ペリスタルティック作動材料として使用される。したがって、提供される解決策は、任意の種類の気泡をマイクロ流体デバイスから絞り出すことを目的としているが、これにはエラストマーの流体チップ材料が必要である。しかし、このような柔軟なチップ材料の取り扱いと充填が効果的でなく、不正確であり、通常使用される非柔軟性のチップ材料と比較して、そのような素材の表面改質性と光学品質が低いので、このような解決策は、dPCRチップには適さないと考えられる。 Another solution to the bubble problem is known, for example, from US 2005/0009101 A1, which involves performing a number of manipulations on the sample to ultimately result in the detection or quantification of the target analyte. We describe a microfluidic cassette or device that can be used, in which a light pipe is provided to allow detection of bubbles formed in the hybridization solution or wash buffer, and a peristaltic tube is provided to remove the detected bubbles. A roller is provided in functional relationship with the compliant layer in an interactive sense, the elastomeric material of the compliant layer being used as peristaltic actuation material. The solutions provided are therefore aimed at squeezing out any kind of gas bubbles from a microfluidic device, but this requires an elastomeric fluidic tip material. However, the handling and filling of such flexible tip materials is ineffective and imprecise, and the surface modification properties and optical properties of such materials are poor compared to the commonly used non-flexible tip materials. Due to the low quality, such solutions are considered unsuitable for dPCR chips.

試料液体の気化によって引き起こされるマイクロ流体デバイス内の気泡の問題に対するさらなる解決策として、例えばUS2005/0148066A1に記載されているように、マイクロ流体デバイスに圧力が加えられ得、アレイ形式で複数の同時の微量化学反応及び生化学反応を実行する装置が開示されている。ここで、装置は、表面にわたる溝を備えるサーマルサイクラで熱サイクルされ、薄いマイクロホールチップがその溝に挿入されて熱サイクルされ、アレイ内の試料の蒸発を防ぎ、気泡の発生又は成長を防ぐために、薄い熱伝導性シリコンパッドがマイクロホールチップの表面に圧力と熱接触を提供するために使用され得る。ここで、そのような解決策では、実質的な欠点は、機器全体の構造がより複雑になることと、チップに圧力を加えることで必要とされる追加の構造が複雑なことである。 As a further solution to the problem of air bubbles in the microfluidic device caused by evaporation of the sample liquid, pressure can be applied to the microfluidic device, for example as described in US2005/0148066A1, to produce multiple simultaneous An apparatus for performing microchemical and biochemical reactions is disclosed. Here, the device is heat cycled in a thermal cycler with grooves across the surface and a thin microhole chip is inserted into the grooves and heat cycled to prevent evaporation of the sample in the array and to prevent bubble generation or growth. A thin thermally conductive silicon pad can be used to provide pressure and thermal contact to the surface of the microhole chip. Here, with such a solution, the real drawback is the more complex construction of the overall device and the additional construction complexity required by applying pressure to the tip.

したがって、dPCR化学分析の技術分野において、マイクロ流体システムの熱サイクル効率を維持又は改善しながら、流路内の気泡を回避及び/又は除去するための改善された解決策を示す、マイクロ流体システム及び生物学的試料のそれぞれのdPCR法を提供する一般的なニーズが存在する。 Thus, in the technical field of dPCR chemical analysis, microfluidic systems and microfluidic systems represent improved solutions for avoiding and/or removing air bubbles in channels while maintaining or improving the thermal cycling efficiency of microfluidic systems. There is a general need to provide dPCR methods for each of biological samples.

本発明の発明者は、気泡が試料のサーモサイクリングを首尾よく完了することに関して深刻な問題を引き起こす可能性があり、したがって、実質的な化学分析の失敗につながる可能性があることを確認できた。また、以前に提案された解決策は、そのような気泡の回避に関して完全に十分又は満足のいくものではないことがわかった。特に、先行技術で既に提案された解決策(上記参照)は、費用がかかりすぎるか、再現可能なテスト結果を生成するには不十分であった。したがって、マイクロ流体デバイスの流路への気泡の導入、及び調節中の新しい気泡の発生及び気泡成長は回避されなければならず、新しく改善された解決策が必要であった。したがって、シーリング液が流路を通じて流されると、シーリング液は流路を通じてマイクロ流体チップの出口ポートから気泡を確実に洗い流すことができるという事実のため、新しい発明の解決策が、既存の又は出現する気泡を、分離流体、すなわちシーリング液でマイクロ流体チップを「フラッシュ」することによって除去するという考えに基本的に基づいて、発明者によって開発された。したがって、本発明は、マイクロ流体システム内のマイクロ流体デバイスの流路内の気泡の単純化され且つより効果的な回避及び/又は除去の上述の問題に対処し、同時にそのサーモサイクリング効率を改善する。 The inventors of the present invention have been able to ascertain that air bubbles can cause serious problems with successfully completing thermocycling of a sample, thus leading to substantial chemical analysis failures. . It has also been found that previously proposed solutions are not entirely sufficient or satisfactory with respect to avoiding such bubbles. In particular, the solutions already proposed in the prior art (see above) were either too expensive or insufficient to produce reproducible test results. Therefore, the introduction of bubbles into the channels of microfluidic devices and the generation and growth of new bubbles during conditioning must be avoided, necessitating new and improved solutions. Therefore, new inventive solutions exist or emerge due to the fact that when the sealing liquid is flowed through the channel, it can reliably wash air bubbles out of the exit port of the microfluidic chip through the channel. It was developed by the inventors basically based on the idea of removing air bubbles by "flushing" the microfluidic chip with a separating fluid, ie a sealing liquid. Accordingly, the present invention addresses the above-mentioned problems of simplified and more effective avoidance and/or removal of air bubbles in channels of microfluidic devices within microfluidic systems, while improving their thermocycling efficiency. .

本発明の第1の態様によれば、生物学的試料のdPCRのためのマイクロ流体システムが提供され、例えば、極性試料水溶液などの試料液体の形態で反応領域のアレイの個々の反応領域に提供される生物学的試料を化学分析するために使用され、マイクロ流体システムは、入口、出口、入口を出口に接続する流路、及び流路と流体連通する反応領域のアレイを有する少なくとも1つのマイクロ流体デバイスを有する。ここで、マイクロ流体デバイスは、少なくとも上層及び下層からなる構造を示すことができ、上層又は下層のいずれかが反応領域のアレイ、入口及び出口を提供し得る。流路は、上層と下層の間に確立され、マイクロウェル又はナノウェルの形で実装され得る反応領域のアレイと流体接続し、それにより、マイクロ流体デバイスを、例えばマイクロ流体チップにする。例えば、レーン幅とも呼ばれる流路全体の幅は、6.4mm等、6mmから7mmの範囲にあり得、これにより、互いに隣接して、即ち流路の横方向に約60から100ウェルの幅のスペースを通常提供する。さらに、各ウェルの開口部の断面領域は、円形、楕円形、又は六角形などの多角形を有し得る。ウェル開口部の多角形、特にウェル開口部の六角形の形状により、間がより短い距離でウェル開口部を相互に配置することができる、すなわち、流路内のウェル開口部の分布密度を高めることができる。したがって、プレートのウェルのアレイ内のウェルの数がさらに最大化され得る。さらに、ウェル間の中間スペースを含むウェル開口部の幅は、60μm≦w≦110μm、たとえば62μm(小さなウェル)≦w≦104μm(大きなウェル)であり得る。さらに、マイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイスの流路を通じて液体を流すための、マイクロ流体デバイスに接続可能な流れ回路と、例えば流れ回路によって、マイクロ流体デバイスに試料液体を供給するための、マイクロ流体デバイスに接続可能な試料液体源とを有する。マイクロ流体デバイス、すなわちデバイス層の材料として、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)などの材料が使用され得、COPの使用は、例えばコスト検討のために好ましい。さらに、流れ回路は、チューブシステム、例えば1つ又は複数の可撓性チューブからなる可撓性チューブシステムによって実装され得、チューブは、例えば、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴムの内層と、潜在的に合成メッシュで強化されたニトリルブタジエン(NBR)ゴムの外層とから構成され得、又は一般にEPDM、NBR、フッ素化エチレンプロピレンポリマー(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエーテルスルホン(PES)、フルオロエラストマー(FKM)、シリコンから形成され得、また、さらに断熱材によって被覆され得る。 According to a first aspect of the present invention, a microfluidic system for dPCR of biological samples is provided, wherein a sample liquid, e.g. a polar aqueous sample solution, is provided to individual reaction areas of an array of reaction areas. The microfluidic system comprises at least one microfluidic system having an inlet, an outlet, a channel connecting the inlet to the outlet, and an array of reaction regions in fluid communication with the channel. It has a fluidic device. Here, the microfluidic device can exhibit a structure consisting of at least an upper layer and a lower layer, either the upper layer or the lower layer can provide an array of reaction areas, inlets and outlets. Channels are established between the upper and lower layers and fluidly connect with an array of reaction areas, which may be implemented in the form of microwells or nanowells, thereby making the microfluidic device, for example, a microfluidic chip. For example, the width of the entire channel, also called lane width, can be in the range of 6 mm to 7 mm, such as 6.4 mm, thereby providing about 60 to 100 wells wide adjacent to each other, i.e. laterally of the channel. Space is usually provided. Additionally, the cross-sectional area of the opening of each well can have a circular, elliptical, or polygonal shape such as a hexagon. The polygonal shape of the well openings, in particular the hexagonal shape of the well openings, allows the well openings to be placed relative to each other with a shorter distance between them, i.e. to increase the distribution density of the well openings in the channel. be able to. Thus, the number of wells in the array of wells of the plate can be further maximized. Further, the width of the well openings, including the intermediate spaces between wells, can be 60 μm≦w≦110 μm, eg 62 μm (small wells)≦w≦104 μm (large wells). Further, the microfluidic system includes a flow circuit connectable to the microfluidic device for flowing liquid through channels of the microfluidic device and a microfluidic device for supplying sample liquid to the microfluidic device, e.g., by the flow circuit. and a sample liquid source connectable to the device. Materials such as cyclic olefin copolymers (COC), cyclic olefin polymers (COP), etc. may be used as materials for the microfluidic device, ie, the device layer, with the use of COP being preferred, for example, for cost considerations. Further, the flow circuit may be implemented by a tubing system, for example, a flexible tubing system consisting of one or more flexible tubes, the tubes having, for example, an inner layer of ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber and potentially with an outer layer of nitrile butadiene (NBR) rubber reinforced with a synthetic mesh, or commonly EPDM, NBR, fluorinated ethylene propylene polymer (FEP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC) , polyethersulfone (PES), fluoroelastomer (FKM), silicone, and may additionally be covered with thermal insulation.

さらに、本発明のマイクロ流体システムは、反応領域のアレイ内の試料液体を封止するための初期又は一次シーリング液をマイクロ流体デバイスに提供する、マイクロ流体デバイスに接続可能な一次シーリング液体源を含み、初期シーリング液は、調温されていないシーリング液、すなわち、例えば周囲温度又はその付近で提供される非加熱シーリング液であり得る。さらに、本発明のマイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイスに追加のシーリング液を提供するためのマイクロ流体デバイスに接続可能な二次シーリング液体源と、流れ回路に接続され、流路を通じて追加のシーリング液を送り出すように構成されたポンプ手段とを有する。一例として、本発明のポンプ手段は、ペリスタルティックポンプ、定量ポンプ又はシリンジポンプのうちの1つであるか、あるいは、代替的に、弁などの追加の流体構成要素を備えることができ、本発明のポンプ手段は、他の任意のタイプのポンプ、例えばダイアフラムポンプ、ウォブルピストンポンプ、マイクロギアポンプなどであり得る。さらに、マイクロ流体デバイスと本発明のマイクロ流体システムの接続可能な構成要素との間の接続性の例として、マイクロ流体デバイスの入口及び/又は出口は、それぞれ、例えば、マイクロ流体デバイスを試料液体源と接続するため、マイクロ流体デバイスを一次シーリング液体源と接続するため、又はマイクロ流体デバイスを二次シーリング液体源と接続するための、例えばルアーロックアダプタ等の形態の円形流体封止ポート等の、単一の接続ポートの形態で実装することができる。 Additionally, the microfluidic system of the present invention includes a primary sealing liquid source connectable to the microfluidic device that provides the microfluidic device with an initial or primary sealing liquid for sealing the sample liquid within the array of reaction areas. The initial sealing liquid may be a non-tempered sealing liquid, ie an unheated sealing liquid provided, for example, at or near ambient temperature. Further, the microfluidic system of the present invention includes a secondary sealing liquid source connectable to the microfluidic device for providing additional sealing liquid to the microfluidic device, and a secondary sealing liquid source connectable to the flow circuit to provide additional sealing liquid through the flow path. and pumping means configured to pump the By way of example, the pumping means of the invention may be one of a peristaltic pump, a metering pump or a syringe pump, or alternatively may comprise additional fluidic components such as valves, according to the invention. The pumping means of may be any other type of pump, such as a diaphragm pump, a wobble piston pump, a microgear pump, or the like. Further, as an example of connectivity between a microfluidic device and a connectable component of a microfluidic system of the invention, the inlet and/or outlet of the microfluidic device, respectively, may e.g. a circular fluid-tight port, e.g. in the form of a luer lock adapter, for connecting a microfluidic device to a primary sealing liquid source, or for connecting a microfluidic device to a secondary sealing liquid source; It can be implemented in the form of a single connection port.

本発明のマイクロ流体システムのシーリング液体源とポンプ手段の上記の組み合わせ、及び追加のシーリング液を流路を通して送り出す可能性により、流路内に既に存在する気泡、又はマイクロ流体デバイス内部の試料のサーモサイクリング中に出現するあらゆる種類の気泡は、追加のシーリング液で流路をフラッシュすることにより、マイクロ流体デバイスから除去され得る。したがって、本発明によれば、試験結果に対する気泡の悪影響を少なくとも減らすことができ、又は完全に回避することができ、それにより、著しく改善されたマイクロ流体システムがもたらされる。 The above combination of the sealing liquid source and the pumping means of the microfluidic system of the invention, and the possibility of pumping additional sealing liquid through the channels, allows for the thermo-thermalization of air bubbles already present in the channels or of the sample inside the microfluidic device. Any kind of air bubbles that appear during cycling can be removed from the microfluidic device by flushing the channels with additional sealing liquid. Thus, according to the present invention, the adverse effects of air bubbles on test results can be at least reduced or completely avoided, resulting in significantly improved microfluidic systems.

言い換えれば、本発明は、エンドポイントデジタルPCRに主な焦点を置いた、ウェルプレートベースのサーモサイクリング構造を使用するPCRの一般的な技術分野に関する。より具体的には、ウェルプレートは、マイクロウェルプレート又は数千のナノウェルを特徴とするナノウェルプレートの形でマイクロ流体チップ内に提供される。ここで、マイクロ流体チップは、一方の側で巨視的な充填入口ポート及び他方の側でオーバーフロー出口ポートに接続されたウェルの開口部側の閉鎖された充填チャネルの形態の流路を備えた使い捨てであり得る。また、使い捨てマイクロ流体チップは、そのようなマイクロウェル構造を備えた反応領域の複数のアレイ、したがって、開口部側に複数の充填チャネルを含み得る。通常、マイクロ流体チップは、試料液体の形でターゲットミックスと混合される、いわゆるPCRマスターミックスで事前に充填され得る。その後、マイクロウェルの開口部側の流路は、サーモサイクリング中にマイクロウェル内の試料液体が気化するのを防ぎ、試料がウェルからウェルに移動するのを防ぐために、シーリング液、例えばカバーオイルで満たされる。ここで、オイルは、例えば、約500mbarの圧力を加えるペリスタルティックポンプを使用して、流路に充填され得る。最後に、本発明のマイクロ流体システムは、充填チェック、正しい配置チェックなどを実行する異なるセンサを特徴とすることができる。 In other words, the present invention relates to the general technical field of PCR using wellplate-based thermocycling architectures, with a primary focus on endpoint digital PCR. More specifically, well plates are provided within microfluidic chips in the form of microwell plates or nanowell plates featuring thousands of nanowells. Here, the microfluidic chip is disposable with channels in the form of closed filling channels on the opening side of the wells connected on one side to a macroscopic filling inlet port and on the other side to an overflow outlet port. can be Disposable microfluidic chips may also include multiple arrays of reaction areas with such microwell structures and thus multiple filling channels on the open side. Usually the microfluidic chip can be pre-filled with a so-called PCR master mix, which is mixed with the target mix in the form of sample liquid. After that, the channels on the opening side of the microwells are covered with a sealing liquid, such as cover oil, to prevent the sample liquid in the microwells from evaporating during thermocycling and to prevent the sample from moving from well to well. It is filled. Here, the oil can be filled into the channels using, for example, a peristaltic pump applying a pressure of about 500 mbar. Finally, the microfluidic system of the present invention can feature different sensors to perform fill checks, correct placement checks, and the like.

本発明のdPCRマイクロ流体システムの特定の実施形態によれば、初期シーリング液及び追加のシーリング液は、同一のシーリング液材料からなり、本発明のマイクロ流体システムで使用される任意のシーリング液が同一のタイプのシーリング液であり得る。さらに、シーリング液は、試料液体と混和しない必要がある。そのような不混和性液体として、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)液体などのシリコーン液体、又は油性液体とポリマー液体の混合物などの、油性液体又はポリマー液体が使用され得る。さらに、初期シーリング液と追加のシーリング液は、異なるシーリング液体源によって、又は同じシーリング液体源によって提供され得る、つまり、初期シーリング液体源と2次シーリング液体源は、異なるシーリング液リザーバ、又は共通のシーリング液リザーバによって実装され得る。具体的には、初期シーリング液及び追加のシーリング液が同一のシーリング液の材料又は種類からなる場合、一次シーリング液体源及び二次シーリング液体源は、1つの共通シーリング液体リザーバによって実装され得、この場合、「一次」及び「二次」という用語は、単に共通のシーリング液リザーバの機能を指す、つまり、共通のシーリング液リザーバは、マイクロ流体デバイスの反応領域のアレイの内部の試料を主に封止する初期のシーリング液を提供するための主要なシーリング液体源として機能することができ、且つマイクロ流体デバイスの流路から気泡を洗い流すための追加のシーリング液体を提供するための二次シーリング液体源として機能することができる。このような構成は、2つの異なるシーリング液リザーバの提供と比較して、マイクロ流体システムの構造の複雑さを軽減できるという事実により選択され得る。 According to certain embodiments of the dPCR microfluidic system of the present invention, the initial sealing liquid and the additional sealing liquid consist of the same sealing liquid material, and any sealing liquid used in the microfluidic system of the present invention can be a sealing liquid of the type Furthermore, the sealing liquid should be immiscible with the sample liquid. Such immiscible liquids may be, for example, silicone fluids, such as polydimethylsiloxane (PDMS) fluids, or oily or polymeric liquids, such as mixtures of oily and polymeric liquids. Furthermore, the initial sealing liquid and the additional sealing liquid may be provided by different sealing liquid sources or by the same sealing liquid source, i.e. the initial sealing liquid source and the secondary sealing liquid source may be from different sealing liquid reservoirs or from a common It can be implemented by a sealing liquid reservoir. Specifically, if the initial sealing liquid and the additional sealing liquid consist of the same sealing liquid material or type, the primary sealing liquid source and the secondary sealing liquid source may be implemented by one common sealing liquid reservoir, which In this case, the terms "primary" and "secondary" simply refer to the function of the common sealing liquid reservoir, i.e., the common sealing liquid reservoir primarily seals the sample inside the array of reaction areas of the microfluidic device. a secondary sealing liquid source that can serve as a primary sealing liquid source to provide an initial sealing liquid to stop the microfluidic device and to provide an additional sealing liquid to flush air bubbles from the microfluidic device channels. can function as Such a configuration may be chosen due to the fact that it reduces the structural complexity of the microfluidic system compared to providing two different sealing liquid reservoirs.

本発明のdPCRマイクロ流体システムのさらなる特定の実施形態によれば、ポンプ手段は、制御ユニットによって制御され、必要に応じて追加のシーリング液を流路を通して送り出し、気泡を流路から洗い流すことができる。ここで、制御ユニットは、オペレータが手動で、又はたとえば流路内の気泡の発生を検出又は監視する追加のシステムコンポーネントからのフィードバック信号に基づいて、自動的に始動され得る。また、制御ユニットは、所定のパターンに基づいて、例えば反応領域内の試料液体に適用されるサーモサイクリング工程に基づいて、追加のシーリング液を流路を通して送り出すようにポンプ手段に指示することができる。ここで、ポンプ手段は、所定量の追加のシーリング液を流路を通して送り出すように制御されることが有利であり得、ポンプ手段は、絶えず、断続的に、又は流路内の気泡を検出したときに、流路を介して追加のシーリング液を送り出すように制御され得る。 According to a further particular embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the pumping means can be controlled by the control unit to pump additional sealing liquid through the channels and to wash air bubbles out of the channels as required. . Here, the control unit can be activated manually by an operator, or automatically based on feedback signals from additional system components that detect or monitor the formation of air bubbles in the flow path, for example. The control unit may also instruct the pump means to pump additional sealing liquid through the channels based on a predetermined pattern, for example based on a thermocycling process applied to the sample liquid in the reaction area. . Here, the pumping means may advantageously be controlled to pump a predetermined amount of additional sealing liquid through the channel, the pumping means constantly, intermittently or upon detection of air bubbles in the channel. Occasionally, it can be controlled to pump additional sealing liquid through the channel.

本発明のdPCRマイクロ流体システムのさらなる特定の実施形態によれば、マイクロ流体システムは、シーリング液から空気を分離するために、流れ回路に接続された気泡トラップをさらに備えることができ、気泡トラップは、マイクロ流体デバイスの出口の下流に配置される。それにより、流された追加のシーリング液によってマイクロ流体デバイスの流路から洗い流された気泡が、流れ回路を流れるシーリング液から除去され得る。したがって、流されたシーリング液から気泡を分離するために、任意の気泡トラップが、流れ回路によって提供されるシーリング液の流路に配置され得る。それにより、マイクロ流体デバイスを出るシーリング流体を収集し、そこから気泡を抽出する必要なく、本発明のマイクロ流体システムから気泡を直ちに除去することができる。 According to a further particular embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system may further comprise a bubble trap connected to the flow circuit for separating air from the sealing liquid, the bubble trap , is positioned downstream of the outlet of the microfluidic device. Air bubbles washed out of the channels of the microfluidic device by the flowed additional sealing liquid can thereby be removed from the sealing liquid flowing through the flow circuit. Therefore, an optional bubble trap may be placed in the flow path of the sealing liquid provided by the flow circuit to separate air bubbles from the flowed sealing liquid. Thereby, air bubbles can be immediately removed from the microfluidic system of the invention without having to collect the sealing fluid exiting the microfluidic device and extract the air bubbles therefrom.

本発明のdPCRマイクロ流体システムの別の特定の実施形態によれば、試料液体は、dPCR化学分析に必要な生物学的試料及び試薬を含む水溶液であり得、ここで、最初に試料液体は、各反応領域を試料液体で満たすために、流路を通して反応領域のアレイに流れ込むことができる。その後、すなわち、反応領域のアレイに試料液体を提供した後、反応領域内の試料液体を密閉するために、初期シーリング液がマイクロ流体デバイスの流路に流れ込む。 According to another particular embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the sample liquid may be an aqueous solution containing the biological sample and reagents required for dPCR chemical analysis, wherein the sample liquid first comprises To fill each reaction area with sample liquid, it can flow through the channel into the array of reaction areas. Thereafter, ie, after providing the array of reaction areas with the sample liquid, an initial sealing liquid flows into the channels of the microfluidic device to seal the sample liquid within the reaction areas.

本発明のdPCRマイクロ流体システムのさらなる特定の実施形態によれば、マイクロ流体システムは、流路が光学的モニタリングを許容する場合に、サーモサイクリング中又はこの前に流路内の気泡の存在又は発生を検出及び/又は監視できる、光学撮像装置、例えば光学カメラ等の、マイクロ流体デバイス内の気泡の存在又は発生を検出するための検出手段をさらに含み得る。ここで、例えば、流路の内側は、例えば観察窓、流路の透明な壁などにより、外側から視認され得る。したがって、検出手段は、流路内の気泡の発生を示すフィードバック信号を提供するために使用され得、制御ユニットは、そのようなフィードバック信号に基づいて始動され得る。したがって、そのような構造を用いると、サーモサイクリングなどの間に操作者がマイクロ流体デバイスを監視する必要なく、マイクロ流体システムは自動的に動作することができる。 According to a further particular embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system detects the presence or generation of air bubbles in the channel during or prior to thermocycling, if the channel allows for optical monitoring. It may further comprise detection means for detecting the presence or generation of bubbles in the microfluidic device, such as an optical imaging device, eg an optical camera, capable of detecting and/or monitoring the . Here, for example, the inside of the channel can be seen from the outside, for example by an observation window, a transparent wall of the channel, or the like. Accordingly, the detection means can be used to provide a feedback signal indicative of bubble formation in the flow path, and the control unit can be triggered based on such feedback signal. Thus, with such structures, microfluidic systems can operate automatically without the need for an operator to monitor the microfluidic device during thermocycling or the like.

反応領域内の試料材料にサーモサイクリング温度プロファイルを提供できるようにするために、マイクロ流体システムは、反応領域のアレイにサーモサイクリング温度プロファイルを提供するための、マイクロ流体デバイスを受け入れる熱マウントを含むことができる。例えば、図4Aから図4Dのいずれか1つとの関連で説明した熱構造が使用される、即ち、いわゆるプレートサイクラが、本発明のマイクロ流体システムのマイクロ流体デバイスを収容することができる。あるいは、反応領域のアレイへのサーモサイクリング温度プロファイルの提供は、追加のシーリング液の温度を所望のサーモサイクリング温度プロファイル温度に加熱及び/又は冷却するための加熱及び/又は冷却手段によって実施され得る。したがって、反応領域の内容物の所望のサーモサイクリング温度プロファイルは、マイクロ流体デバイスと熱的に接続された外部熱源による熱の適用によってではなく、マイクロ流体デバイスの流路を通じて流れるそれぞれ加熱又は冷却されたシーリング液、すなわち、流路内のあらゆる種類の気泡を洗い流すことができる一方で、試料材料に熱を加える新しい方法によって実施され得る。したがって、そのような解決策により、気泡除去だけでなく、マイクロ流体デバイス内からの反応領域内の生物学的試料の加熱及び/又は冷却も達成され得る。したがって、生物学的試料へのサーモサイクリング温度プロファイルのより直接的でより速い適用も達成でき、トップヒータ及びボトムヒータなどの通常知られている外部コンポーネントを省くことができるので、サーモサイクリング機器の既知の構造を簡素化できる。ここでは、外部から熱を加えるのではなく、マイクロ流体デバイス内からそのような温度制御を実現するために、必要に応じて相互に組み合わせることができるいくつかのオプションがあり、そのオプションは以下を含み得る。 To enable the thermocycling temperature profile to be provided to the sample material within the reaction areas, the microfluidic system includes a thermal mount for receiving the microfluidic device for providing the thermocycling temperature profile to the array of reaction areas. can be done. For example, a thermal structure as described in connection with any one of Figures 4A to 4D can be used, ie a so-called plate cycler can house the microfluidic device of the microfluidic system of the invention. Alternatively, providing the thermocycling temperature profile to the array of reaction areas can be performed by heating and/or cooling means for heating and/or cooling the temperature of the additional sealing liquid to the desired thermocycling temperature profile temperature. Thus, the desired thermocycling temperature profile of the contents of the reaction region is obtained by heating or cooling respectively flowing through the channels of the microfluidic device rather than by the application of heat by an external heat source thermally coupled with the microfluidic device. It can be implemented by a new method of applying heat to the sample material while the sealing liquid, ie any kind of air bubbles in the channel, can be washed away. Thus, with such a solution, not only air bubble removal but also heating and/or cooling of the biological sample within the reaction area from within the microfluidic device can be achieved. Therefore, a more direct and faster application of the thermocycling temperature profile to the biological sample can also be achieved, and the commonly known external components such as top and bottom heaters can be omitted, thus reducing the known temperature of thermocycling instruments. Structure can be simplified. Here, in order to achieve such temperature control from within the microfluidic device, rather than applying heat externally, there are several options that can be combined with each other as desired, the options being: can contain.

(a)2次シーリング液体源は、加熱されていない追加のシーリング液を備えたリザーバを含み、必要に応じて追加のシーリング液を加熱するため、すなわち、サーモサイクリング温度プロファイルに必要なときにフロー型加熱手段を通じて流れるシーリング液を加熱するために、リザーバの下流にフロー型加熱手段が設けられ、フロー型加熱手段は、シーリング液リザーバ、接続されたフローヒータ等から来る流れ回路の一部の周りに設けられた調温手段の形で実装され得る;
(b)2次シーリング液体源は、加熱された追加のシーリング液を備えた少なくとも1つのリザーバと、非加熱又は冷却された追加のシーリング液を備えた少なくとも1つのリザーバと、を含み、リザーバは、電子制御送達バルブ等のそれぞれのバルブ機構によって流れ回路に分離可能に接続され得るか、又はリザーバは、マイクロ流体デバイスに供給されるシーリング液の所望の温度を達成するために、加熱された追加のシーリング液と非加熱又は冷却された追加のシーリング液を混合するための混合バルブによって流れ回路に接続され得る;
(c)追加のシーリング液は、必要に応じて追加のシーリング液に電力を印加することにより追加のシーリング液を加熱するための、グラフェン材料などの導電性材料を含む。
(a) The secondary sealing liquid source contains a reservoir with additional unheated sealing liquid to heat the additional sealing liquid as needed, i.e. flow when required for the thermocycling temperature profile. A flow-type heating means is provided downstream of the reservoir for heating the sealing liquid flowing through the mold heating means, the flow-type heating means around a portion of the flow circuit coming from the sealing liquid reservoir, connected flow heaters, etc. can be implemented in the form of temperature control means provided in the
(b) the secondary sealing liquid source includes at least one reservoir with heated additional sealing liquid and at least one reservoir with unheated or cooled additional sealing liquid, the reservoir comprising , the reservoir may be detachably connected to the flow circuit by a respective valve mechanism, such as an electronically controlled delivery valve, or the reservoir may be heated and added to achieve the desired temperature of the sealing liquid supplied to the microfluidic device. may be connected to the flow circuit by a mixing valve for mixing the sealing liquid of and additional unheated or cooled sealing liquid;
(c) the additional sealing liquid comprises a conductive material, such as a graphene material, for heating the additional sealing liquid by applying power to the additional sealing liquid as needed.

(a)及び(b)のいずれか、又はそれらの組み合わせを使用する場合、ポンプ手段は、所望のdPCRサイクルに従うことができるように構成されなければならない、即ち試料アレイに調温された追加のシーリング液をそれぞれ配置し、再びそれから離し、気泡を除去するために流路を通じて追加の任意の量の追加のシーリング液を送り出さなければならない。選択肢(c)を使用する場合、即ちシーリング液が電気的に加熱される場合、液体は、電流が流れる間に加熱されるように適切な抵抗を提供する導電性液体であるべきである。ここでは、グラフェン溶液がそのような用途に適している。しかしながら、このような場合、シーリング液を電気的に冷却することはできず、代わりに、dPCR中の試料温度を下げる必要がある場合には、リザーバ又はマイクロ流体チップ自体を冷却する必要がある。さらに、電気加熱溶液が適用される場合、例えば温度及び電流をリアルタイムで監視する包括的なセンサ構造により、dPCRサイクルの正確な制御を必要とするリザーバを必要とせずに、循環シーリング液システムが使用され得る。 When using either (a) and (b), or a combination thereof, the pump means must be configured to be able to follow the desired dPCR cycle, i.e. an additional thermostatted sample array. Each sealing liquid must be placed and removed from it again and any additional amount of additional sealing liquid must be pumped through the channel to remove air bubbles. If option (c) is used, i.e. if the sealing liquid is electrically heated, the liquid should be a conductive liquid that provides adequate resistance to be heated while an electric current is passed through it. Here, graphene solutions are suitable for such applications. However, in such cases the sealing liquid cannot be cooled electrically, instead the reservoir or the microfluidic chip itself must be cooled if sample temperature during dPCR needs to be reduced. Furthermore, when an electrically heated solution is applied, a circulating sealing solution system is used, without the need for a reservoir that requires precise control of the dPCR cycle, for example due to a comprehensive sensor structure that monitors temperature and current in real time. can be

本発明のdPCRマイクロ流体システムのさらなる特定の実施形態によれば、マイクロ流体システムは、少なくともマイクロ流体デバイスを囲む圧力チャンバをさらに有し得る。ここで、そのような追加の圧力チャンバの機能は、本発明のマイクロ流体システム内で発生する気泡の既に達成された回避又は除去を追加し、それにより気泡が化学分析結果を妨害できないことをさらに保証する。サーモサイクリング自体については、サーモサイクリング中の気泡の発生をさらに抑制するために、オイル充填ポートを含む使い捨てマイクロ流体デバイスが、1から2バール、例えば約1.5バールの圧力に設定され得る。ここで、圧力は、好ましくは、マイクロ流体デバイス全体を圧力チャンバ内に配置することにより、マイクロ流体デバイスの内側に加えられる。 According to further particular embodiments of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system may further comprise a pressure chamber surrounding at least the microfluidic device. Here, the function of such additional pressure chambers adds to the already achieved avoidance or elimination of air bubbles generated within the microfluidic system of the present invention, whereby air bubbles cannot interfere with chemical analysis results. Guarantee. For thermocycling itself, a disposable microfluidic device containing an oil-filled port can be set to a pressure of 1 to 2 bar, eg about 1.5 bar, to further suppress bubble generation during thermocycling. Here, pressure is preferably applied inside the microfluidic device by placing the entire microfluidic device in a pressure chamber.

本発明のさらなる特定の実施形態によれば、本発明の装置は、マイクロ流体デバイスに受け入れられる生物学的試料の温度を制御するための少なくとも1つのセンサをさらに備えることができ、そのようなセンサは、例えば流量センサと組み合わせられる、温度センサであり得る。したがって、本発明のマイクロ流体システムのコンポーネントのいずれかにそれぞれのセンサを提供することにより、dPCR中の生物学的試料の温度が厳密に監視され得、マイクロ流体システムの加熱/冷却機能が、dPCRの異なる温度プラトーを正確かつ効率的に調整するために、試料の測定された温度値に基づいて制御され得る。したがって、そのようなセンサ、例えば温度センサは、制御アルゴリズムなどによるサーモサイクリング温度の正確な制御を可能にし、温度センサ及び他のセンサは、それぞれの加熱/冷却速度を制御するために使用され、加熱/冷却力は、流体のポンプ速度を変更することにより大幅に変えられ得る。 According to a further particular embodiment of the invention, the apparatus of the invention may further comprise at least one sensor for controlling the temperature of the biological sample received in the microfluidic device, wherein such sensor can be a temperature sensor, for example combined with a flow sensor. Therefore, by providing a respective sensor to any of the components of the microfluidic system of the invention, the temperature of the biological sample during dPCR can be closely monitored, and the heating/cooling functions of the microfluidic system can can be controlled based on the measured temperature value of the sample in order to precisely and efficiently adjust the different temperature plateaus of . Thus, such sensors, e.g. temperature sensors, allow precise control of thermocycling temperatures, such as by control algorithms, temperature sensors and other sensors are used to control the respective heating/cooling rates, / Cooling power can be varied significantly by changing the pump speed of the fluid.

本発明の別の態様によれば、上記のようなマイクロ流体システムにおける生物学的試料のdPCRのための方法が提供され、この方法は、特にマイクロ流体チップの形態で提供される、マイクロ流体デバイスの流路を通して試料液体を流し、試料液体を流路を通して押し出すことにより、反応領域のアレイを試料液体で連続的に充填するステップと、反応領域に試料液体を充填した後、各反応領域を密閉し、残りの試料液体をマイクロ流体デバイスから押し出すために、初期シーリング液体をマイクロ流体デバイスの流路に流す後続のステップと、反応領域のアレイにサーモサイクリング温度プロファイルを適用するステップと、流路から気泡を洗い流すために、マイクロ流体デバイスの流路に追加のシーリング液を送り出すステップと、を有する。 According to another aspect of the invention there is provided a method for dPCR of a biological sample in a microfluidic system as described above, the method being provided in particular in the form of a microfluidic chip. successively filling the array of reaction areas with the sample liquid by flowing the sample liquid through the channels and forcing the sample liquid through the channels; and sealing each reaction area after filling the reaction areas with the sample liquid. and the subsequent steps of flowing an initial sealing liquid through the channels of the microfluidic device to push the remaining sample liquid out of the microfluidic device; applying a thermocycling temperature profile to the array of reaction areas; and D. pumping additional sealing liquid into the channels of the microfluidic device to wash out the air bubbles.

ここで、反応領域のアレイにサーモサイクリング温度プロファイルを適用するステップと、流路から気泡を洗い流すために、マイクロ流体デバイスの流路に追加のシーリング液を送り出すステップは、組み合わされたステップの過程で提供され得る、すなわち、反応領域のアレイへの温度の適用が、加熱された追加のシーリング液を流路を通して送り出すことによって達成される場合に提供され得、追加のシーリング液の送り出しは、流路から気泡を洗い流すのと同時に、反応アレイ内の試料液体を加熱する。さらに、好ましくは、本発明のdPCR方法は、反応領域のアレイに提供された生物学的試料を化学分析し、それにより方法をdPCRに基づく分析方法にするステップも含む。 Here, the steps of applying a thermocycling temperature profile to the array of reaction areas and pumping additional sealing liquid into the channels of the microfluidic device to flush air bubbles from the channels are in the course of combined steps. can be provided, i.e., where the application of temperature to the array of reaction regions is accomplished by pumping heated additional sealing liquid through the channels, the pumping of the additional sealing liquid through the channels The sample liquid in the reaction array is heated at the same time that air bubbles are flushed out of the reaction array. Further, preferably, the dPCR method of the present invention also includes the step of chemically analyzing the biological sample provided on the array of reaction areas, thereby rendering the method a dPCR-based analytical method.

特定のさらなる実施形態によれば、追加のシーリング液を流路を通して送り出すステップは、必要に応じて所定量の追加のシーリング液を流路を通して送り出すことを含むことができ、流路を通して追加のシーリング液を送り出すステップは、例えば、反応領域内の試料液体を調温する必要がある場合にのみ、追加のシーリング液を流路に絶えず送り出すステップ、又は追加のシーリング液を流路に断続的にポンピングするステップのいずれか、及び/又は流路内の気泡を検出したときに流路を通して追加のシーリング液を送り出すステップであり得る。ここでは、必要に応じて追加のシーリング液を流路に送り出す可能性があるので、流路内に既に存在する気泡、又はマイクロ流体デバイス内の試料のサーモサイクリング中に出現するあらゆる種類の気泡が、追加のシーリング液で流路を洗い流すことによりマイクロ流体デバイスから除去され得る。したがって、本発明の方法では、試験結果に対する気泡の悪影響を少なくとも減らすことができ、又は完全に回避することができ、それにより、本発明のマイクロ流体システムにおける生物学的試料のdPCRのための著しく改善された方法がもたらされる。 According to certain further embodiments, the step of pumping additional sealing liquid through the flow path can include pumping a predetermined amount of additional sealing liquid through the flow path on demand, wherein the additional sealing liquid is pumped through the flow path. The pumping step may be, for example, constantly pumping additional sealing liquid into the channel only when the sample liquid in the reaction region needs to be thermostated, or intermittently pumping additional sealing liquid into the channel. and/or pumping additional sealing liquid through the channel upon detecting air bubbles in the channel. Here, there is the possibility of pumping additional sealing liquid into the channel if necessary, so that air bubbles already present in the channel or any kind of air bubbles appearing during thermocycling of the sample in the microfluidic device , can be removed from the microfluidic device by flushing the channel with additional sealing liquid. Thus, the method of the present invention can at least reduce or completely avoid the adverse effects of air bubbles on test results, thereby significantly reducing the risk for dPCR of biological samples in the microfluidic system of the present invention. An improved method is provided.

本発明のdPCR方法の特定の実施形態によれば、この方法は、流路が光学的モニタリングを許容する、即ち例えば流路の表示窓、透明な壁等によって外側から流路内を見えるようにする場合、サーモサイクリングの前及び最中に流路内の気泡の存在又は生成を検出及び/又は監視できる、例えば光学カメラなどの形態の、例えば検出手段によって、マイクロ流体デバイス内の気泡の存在又は発生を監視及び検出するステップをさらに含むことができる。したがって、検出手段は、流路内の気泡の発生を示すフィードバック信号を提供するために使用され得、制御ユニットは、そのようなフィードバック信号に基づいて作動され得、フィードバック制御されたdPCR法をもたらす。代替的又は追加的に、本発明の方法は、例えば、マイクロ流体デバイスの出口の下流の流れ回路に接続された気泡トラップによって、追加のシーリング液から気泡を分離するステップをさらに含むことができる。それにより、流れた追加のシーリング液によってマイクロ流体デバイスの流路から流し出された気泡を、流れ回路内を流れるシーリング液から除去することができる。したがって、シーリング液の流路に配置された気泡トラップによって追加のシーリング液から気泡を分離する任意的なステップは、マイクロ流体デバイスを出るシーリング液を収集し、後の段階でそこから気泡を抽出する必要なく、本発明のマイクロ流体システムから気泡を直ちに除去するのに有用であり得る。代替的又は追加的に、本発明の方法は、例えば、少なくともマイクロ流体デバイスを取り囲む圧力チャンバによって、マイクロ流体デバイスに圧力を加えるステップも含むことができる。そのような追加の圧力印加ステップの機能は、本発明のdPCR方法の既に達成された回避又は除去能力に追加することができ、それにより、気泡が試験結果を妨げないことをさらに保証する。これにより、マイクロ流体デバイスは、サーモサイクリング中の気泡の発生をさらに抑制するために、1から2バール、例えば約1.5バールの圧力下で設定され得、フレキシブルな圧力伝達要素として機能する流路の側壁に圧力を加えることによって、又はこのような場合には特定の圧縮率を示す必要があるマイクロ流体デバイス全体に圧力を加えることによって、マイクロ流体デバイスの内側に圧力を加えることができる。 According to a particular embodiment of the dPCR method of the invention, the method is such that the channel permits optical monitoring, i.e. viewing from the outside into the channel, e.g. If so, the presence or generation of bubbles in the microfluidic device can be detected and/or monitored before and during thermocycling, e.g. by detection means, e.g. in the form of an optical camera. It can further comprise monitoring and detecting occurrences. Thus, the detection means can be used to provide a feedback signal indicative of bubble generation in the channel, and the control unit can be operated based on such feedback signal, resulting in a feedback-controlled dPCR method. . Alternatively or additionally, the method of the invention can further comprise separating the air bubbles from the additional sealing liquid, for example by means of a bubble trap connected to the flow circuit downstream of the outlet of the microfluidic device. As a result, bubbles that have flowed out of the channel of the microfluidic device due to the flowing additional sealing liquid can be removed from the sealing liquid flowing in the flow circuit. Therefore, the optional step of separating the air bubbles from the additional sealing liquid by a bubble trap placed in the flow path of the sealing liquid collects the sealing liquid exiting the microfluidic device and extracts the air bubbles therefrom at a later stage. It can be useful to immediately remove air bubbles from the microfluidic system of the invention without need. Alternatively or additionally, the method of the invention can also include applying pressure to the microfluidic device, for example by means of a pressure chamber surrounding at least the microfluidic device. The functionality of such an additional pressure application step can add to the already achieved avoidance or elimination capabilities of the dPCR methods of the invention, thereby further ensuring that air bubbles do not interfere with test results. Thereby, the microfluidic device can be set under a pressure of 1 to 2 bar, for example about 1.5 bar, in order to further suppress the generation of air bubbles during thermocycling, the fluid flow acting as a flexible pressure-transmitting element. Pressure can be applied inside the microfluidic device by applying pressure to the channel sidewalls or, in such cases, by applying pressure to the entire microfluidic device, which must exhibit a certain compressibility.

本発明のdPCR方法の特定の実施形態によれば、サーモサイクリング温度プロファイルを反応領域のアレイに適用するステップは、サーモサイクリング温度プロファイルを反応領域のアレイに提供するために、マイクロ流体デバイスを受ける熱マウントの温度プロファイルを制御するステップ、又は代替としてシーリング液温度を所望のサーモサイクリング温度プロファイル温度に加熱及び/又は冷却するための加熱及び/又は冷却手段を制御するステップを含み得る。ここで、加熱及び/又は冷却手段を制御するステップは、以下のオプションのいずれかを含むことができる。
(a)必要に応じて追加のシーリング液を加熱するために、二次シーリング液体源の下流に設けられたフロー型加熱手段を制御するステップ。
(b)加熱された追加のシーリング液を備えた少なくとも一つのリザーバと非加熱又は冷却した追加のシーリング液を備えた少なくとも一つのリザーバとからの追加のシーリング液を混合するためのバルブ機構を制御するステップ。
(c)必要に応じて追加のシーリング液に電圧を印加するステップであって、追加のシーリング液は、電力の印加によって追加のシーリング液を加熱するためのグラフェン材料などの導電性材料を含む、ステップ。
(d)前述のオプションのステップ(a)から(c)のいずれかの組み合わせ。
According to a particular embodiment of the dPCR method of the present invention, the step of applying the thermocycling temperature profile to the array of reaction areas comprises: applying heat to the microfluidic device to provide the thermocycling temperature profile to the array of reaction areas. Controlling the temperature profile of the mount, or alternatively controlling heating and/or cooling means for heating and/or cooling the sealing liquid temperature to the desired thermocycling temperature profile temperature. Here, the step of controlling the heating and/or cooling means can include any of the following options.
(a) controlling flow-type heating means provided downstream of the secondary sealing liquid source to heat additional sealing liquid as required;
(b) controlling a valve mechanism for mixing the additional sealing liquid from at least one reservoir with heated additional sealing liquid and at least one reservoir with unheated or cooled additional sealing liquid; step to do.
(c) optionally applying a voltage to the additional sealing liquid, the additional sealing liquid comprising a conductive material such as a graphene material for heating the additional sealing liquid upon application of electrical power; step.
(d) any combination of optional steps (a) to (c) above.

上述の本発明のマイクロ流体システム及びそれぞれの発明の方法は、分析、事前分析又は事後分析処理システムなどの自動処理システムの一部とすることができ、自動処理システムは、生物学的試料を自動的に処理するための最先端研究所で一般的に使用され、1つ以上の生物学的試料に対して1つ以上の処理ステップ/ワークフローステップを実行するように動作可能な任意の装置又は装置コンポーネントを含み、分析機器、事前分析機器、及び事後分析機器をカバーする。表現「処理ステップ」は、それにより、dPCR実施の特定のステップを実施するなど、物理的に実行される処理ステップをいう。本明細書で使用される「分析」という用語は、1つ又は複数の生物学的試料に対して分析試験を実行するように動作可能な1つ又は複数の実験装置又は操作ユニットによって実行される任意の処理ステップを包含する。生物医学研究の文脈では、分析処理は、生物学的試料又は分析物のパラメータを特徴付ける技術的手順である。パラメータのそのような特徴付けは、例えば、ヒト又は実験動物などに由来する生物学的試料におけるさまざまなサイズの特定のタンパク質、核酸、代謝物、イオン又は分子の濃度の決定を含む。収集された情報は、例えば生物又は特定の組織に対する薬物投与の影響の評価に使用され得る。さらなる分析は、試料物質に含まれる生物学的試料又は分析物の光学的な、電気化学的な、又は他のパラメータを決定し得る。 The inventive microfluidic systems and respective inventive methods described above can be part of an automated processing system, such as an analytical, pre-analytical or post-analytical processing system, wherein the automated processing system processes biological samples automatically. any device or device commonly used in state-of-the-art laboratories for the processing of biological samples and operable to perform one or more processing/workflow steps on one or more biological samples It includes components and covers analytical instruments, pre-analytical instruments, and post-analytical instruments. The expression "processing step" refers to a processing step that is physically performed, such as by which certain steps of dPCR implementation are performed. The term "analysis" as used herein is performed by one or more laboratory instruments or operational units operable to perform analytical tests on one or more biological samples. Includes any processing step. In the context of biomedical research, analytical processing is a technical procedure that characterizes parameters of biological samples or analytes. Such characterization of parameters includes, for example, determination of concentrations of specific proteins, nucleic acids, metabolites, ions or molecules of various sizes in biological samples, such as those derived from humans or experimental animals. The information collected can be used, for example, to assess the effects of drug administration on organisms or specific tissues. Further analysis may determine optical, electrochemical, or other parameters of the biological sample or analyte contained in the sample material.

上記の方法ステップは、上記のマイクロ流体システム及びその構成要素のあらゆる種類の作動又は監視も制御できる、上記のマイクロ流体システムの制御ユニットによって制御でき、ここで使用される用語「制御ユニット」は、CPUなどの物理的又は仮想的な処理デバイスを含み、これは、ワークフロー及びワークフローステップが実行される方法で、実験機器全体又は1つ以上の実験機器を含むワークステーション全体を制御することもできる。制御ユニットは、例えば、異なる種類のアプリケーションソフトウェアを搭載し、自動処理システム又は特定の機器又はそのデバイスに、事前分析、事後分析、及び分析ワークフローステップを実行するよう指示することができる。制御ユニットは、データ管理ユニットから、特定の試料でどのステップを実行する必要があるかに関する情報を受け取ることができる。さらに、制御ユニットは、データ管理ユニットと一体であってもよく、サーバコンピュータに含まれてもよく、及び/又は1つの機器の一部であっても、自動処理システムの複数の機器に分散されてもよい。制御ユニットは、例えば、動作を実行するための命令を備えたコンピュータ読み取り可能なプログラムを実行するプログラマブルロジックコントローラとして具体化されてもよい。ここで、ユーザによるそのような指示を受信するために、ユーザインターフェースをさらに提供することができ、ここで使用される「ユーザインターフェース」という用語は、オペレータとマシンの間の相互作用のためのアプリケーションソフトウェア及び/又はハードウェアの任意の適切な部分を含み、オペレータからのコマンドを入力として受け取り、フィードバックを提供し、そこに情報を伝えるためのグラフィカルユーザーインターフェイスが含まるが、これに限定されない。また、システム/デバイスは、さまざまな種類のユーザ/オペレータにサービスを提供するために、いくつかのユーザインターフェイスを公開し得る。 The above method steps can be controlled by a control unit of the above microfluidic system, which can also control any kind of actuation or monitoring of the above microfluidic system and its components, the term "control unit" as used herein means It includes a physical or virtual processing device, such as a CPU, which can also control an entire laboratory instrument or an entire workstation containing one or more laboratory instruments in the way workflows and workflow steps are executed. The control unit can, for example, be loaded with different types of application software and direct the automated processing system or specific instruments or devices thereof to perform pre-analyses, post-analyses, and analytical workflow steps. The control unit can receive information from the data management unit about which steps need to be performed on a particular sample. Further, the control unit may be integral with the data management unit, may be included in a server computer, and/or may be part of one piece of equipment, distributed among multiple pieces of equipment of the automated processing system. may The control unit may, for example, be embodied as a programmable logic controller executing a computer readable program with instructions for performing operations. Here, a user interface can further be provided for receiving such instructions by a user, and the term "user interface" as used herein refers to an application interface for interaction between an operator and a machine. Any suitable piece of software and/or hardware including, but not limited to, a graphical user interface for receiving commands from an operator as input, providing feedback, and communicating information therein. Also, the system/device may expose several user interfaces to serve different types of users/operators.

本明細書及び添付の特許請求の範囲でも使用されるように、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照を含む。同様に、「comprise」、「contain」、及び「encompass」という単語は、排他的ではなく包括的に解釈されるべきである。つまり、「含むが、これに限定されない」という意味である。同様に、「又は」という言葉は、文脈で明確に示されていない限り、「及び」を含むことを意図している。用語「plurality」、「multiple」又は「multitude」は、整数倍を伴う2つ以上、すなわち2又は>2を指し、「single」又は「sole」という用語は1つ、すなわち=1を指す。さらに、用語「少なくとも1つ」は、1つ以上、すなわち、整数倍を伴う1又は>1として理解されるべきである。したがって、単数又は複数を使用する単語には、それぞれ複数と単数も含まれる。さらに、「ここ」、「上」、「以前」及び「下」という言葉、及び同様のインポートの言葉は、このアプリケーションで使用される場合、アプリケーションの特定の部分ではなく、このアプリケーション全体を指す。 As used herein and in the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural references unless the context clearly dictates otherwise. . Similarly, the words "comprise", "contain" and "encompass" should be interpreted inclusively rather than exclusively. That is, it means "including, but not limited to." Similarly, the word "or" is intended to include "and" unless the context clearly indicates otherwise. The terms "plurality", "multiple" or "multitude" refer to two or more with integer multiples, ie 2 or >2, and the terms "single" or "sole" refer to one, ie =1. Furthermore, the term "at least one" should be understood as one or more, ie 1 or >1 with integer multiples. Thus, words using the singular or plural number also include the plural and singular number respectively. Further, the terms "here", "above", "before" and "below" and similar import terms when used in this application refer to this application as a whole rather than to specific portions of the application.

本発明の特定の実施形態の説明は、網羅的であること、又は開示された正確な形態に限定することを意図していない。本開示の特定の実施形態及び例は、例示目的で本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、添付の特許請求の範囲によって提示される開示の範囲内で様々な同等の修正が可能である。前述及び後述の実施形態の特定の要素は、他の実施形態の要素と結合又は置換することができる。また、図面では、繰り返しを避けるために同じ参照符号は同じ要素を示し、当業者によって容易に実装される部分は省略され得る。さらに、本開示の特定の実施形態に関連する利点がこれらの実施形態の文脈で説明されたが、他の実施形態もそのような利点を示す可能性があり、すべての実施形態が必ずしも添付の特許請求の範囲によって定義される開示の範囲内に含まれるような利点を示す必要はない。 Descriptions of specific embodiments of the invention are not intended to be exhaustive or to be limited to the precise forms disclosed. Although specific embodiments and examples of the present disclosure are described herein for purposes of illustration, various equivalents within the scope of the disclosure provided by the appended claims will be recognized by those skilled in the art. can be modified. Certain elements of the embodiments described above and below may be combined or substituted with elements of other embodiments. Also, in the drawings, the same reference numerals denote the same elements to avoid repetition, and parts that are easily implemented by those skilled in the art may be omitted. Moreover, while advantages associated with specific embodiments of the present disclosure have been described in the context of these embodiments, other embodiments may also exhibit such advantages, and all embodiments necessarily include It is not necessary to show the advantages that fall within the scope of the disclosure defined by the claims.

以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を例示することを意図している。したがって、以下で説明する特定の実装は、本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではない。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な均等物、変更、及び修正を行うことができることは当業者には明らかであり、したがって、そのような均等の実施形態がここに含まれることが理解されるべきである。本発明のさらなる態様及び利点は、図面に示される特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。 The following examples are intended to illustrate specific embodiments of the invention. Therefore, the specific implementations described below should not be construed as limitations on the scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various equivalents, changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims and thus such equivalents are It should be understood that embodiments are included here. Further aspects and advantages of the invention will become apparent from the following description of specific embodiments illustrated in the drawings.

本発明の第1実施形態による生物学的試料のdPCRのためのマイクロ流体システムの断面の概念図である。1 is a schematic cross-sectional view of a microfluidic system for dPCR of biological samples according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第2実施形態による生物学的試料のdPCRのためのマイクロ流体システムの断面の概念図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a microfluidic system for dPCR of biological samples according to a second embodiment of the present invention; 図3A及び図3Bは、上面図及び断面図における当技術分野で知られているマイクロ流体システムの概略構造図である。3A and 3B are schematic structural diagrams of microfluidic systems known in the art in top and cross-sectional views. 図3A及び図3Bは、上面図及び断面図における当技術分野で知られているマイクロ流体システムの概略構造図である。3A and 3B are schematic structural diagrams of microfluidic systems known in the art in top and cross-sectional views. 図4Aから4Dは、当技術分野で知られているマイクロ流体システム内での気泡の成長及び生成の概略的な機能図とともに、dPCRの異なる段階を示す。Figures 4A to 4D show different stages of dPCR along with a schematic functional diagram of bubble growth and generation within microfluidic systems known in the art. 図4Aから4Dは、当技術分野で知られているマイクロ流体システム内での気泡の成長及び生成の概略的な機能図とともに、dPCRの異なる段階を示す。Figures 4A to 4D show different stages of dPCR along with a schematic functional diagram of bubble growth and generation within microfluidic systems known in the art. 図4Aから4Dは、当技術分野で知られているマイクロ流体システム内での気泡の成長及び生成の概略的な機能図とともに、dPCRの異なる段階を示す。Figures 4A to 4D show different stages of dPCR along with a schematic functional diagram of bubble growth and generation within microfluidic systems known in the art. 図4Aから4Dは、当技術分野で知られているマイクロ流体システム内での気泡の成長及び生成の概略的な機能図とともに、dPCRの異なる段階を示す。Figures 4A to 4D show different stages of dPCR along with a schematic functional diagram of bubble growth and generation within microfluidic systems known in the art.

図1は、本発明の第1実施形態による生物学的試料のdPCRのためのマイクロ流体システム1を概略図で示し、主要構成要素が例示的な断面図又は絵文字として提供されている。図1に示されるマイクロ流体システム1は、マイクロ流体チップの形態のマイクロ流体デバイス2を含み、デバイス2は、図3Bに示される最先端のチップ7と同様の構造を示し、デバイス2は、実質的に下部プレート21及び上部プレート22からなり、入口23、出口24、及び入口23を出口24に接続する流路25を提供する。さらに、マイクロウェル又はナノウェルの形態の反応領域26のアレイは、反応領域26の反応を上方から監視できるようにするため、流路25の上側、すなわち上部プレート22の内側に設けられる。さらに、図示の状態では、マイクロ流体デバイス2は、反応領域26のアレイに満たされている、すなわち反応領域26のアレイの各単一のマイクロウェルに満たされるべき試料液体27で既に洗い流されている。反応領域26のアレイへの試料液体27のそのような充填は、マイクロ流体システム1内にマイクロ流体デバイス2を事前に配置するために、充填ステーション(図示せず)で行うことができ、(図示しない)充填ステーションは、試料液体27を反応領域26のアレイに導入するために使用されるマイクロ流体システム1の部分と考えられる。また、初期シーリング液28は、マイクロ流体デバイス2に既に充填されており、反応領域26のアレイ内の試料液体27を封止し、反応領域26のアレイを封止するために初期シーリング液28を流路25に充填することは、マイクロ流体システム1内にマイクロ流体デバイス2を配置する前に、(図示されていない)充填ステーションで行うこともできる。あるいは、反応領域26のアレイを封止するために初期シーリング液28を流路25に充填することは、追加のシーリング液29により、マイクロ流体システム1自身により実行されていてもよく、反応領域26のアレイ内で試料液体29を実際に封止する追加のシーリング液29の部分は、「初期」シーリング液28として理解されるべきである。ここで、充填ステーションは、マイクロ流体デバイス2に試料液体27を提供するためにマイクロ流体デバイス2に接続可能であり、(図示しない)充填ステーションは、マイクロ流体システム1の接続可能な組み合わされた機能部分として、試料液体源及び一次シーリング液体源であると考えることができる。 FIG. 1 schematically shows a microfluidic system 1 for dPCR of biological samples according to a first embodiment of the invention, with the main components provided as exemplary cross-sections or pictograms. The microfluidic system 1 shown in FIG. 1 includes a microfluidic device 2 in the form of a microfluidic chip, the device 2 exhibiting a structure similar to the state-of-the-art chip 7 shown in FIG. It consists essentially of a lower plate 21 and an upper plate 22 and provides an inlet 23 , an outlet 24 and a channel 25 connecting the inlet 23 to the outlet 24 . Furthermore, an array of reaction areas 26 in the form of microwells or nanowells is provided above the channels 25, i.e. inside the top plate 22, to allow the reaction of the reaction areas 26 to be monitored from above. Furthermore, in the state shown, the microfluidic device 2 is filled with an array of reaction areas 26 , i.e. already flushed with sample liquid 27 to be filled into each single microwell of the array of reaction areas 26 . . Such filling of the array of reaction areas 26 with the sample liquid 27 can be done at a filling station (not shown) for pre-arranging the microfluidic device 2 in the microfluidic system 1 (see not) is considered part of the microfluidic system 1 used to introduce the sample liquid 27 into the array of reaction areas 26 . Also, the initial sealing liquid 28 is already filled in the microfluidic device 2 and the initial sealing liquid 28 is applied to seal the sample liquid 27 in the array of reaction areas 26 and to seal the array of reaction areas 26 . Filling the channel 25 can also be done at a filling station (not shown) prior to placing the microfluidic device 2 in the microfluidic system 1 . Alternatively, filling the channel 25 with an initial sealing liquid 28 to seal the array of reaction areas 26 may be performed by the microfluidic system 1 itself, by means of an additional sealing liquid 29, and the reaction areas 26 The portion of the additional sealing liquid 29 that actually seals the sample liquid 29 within the array of is to be understood as the “initial” sealing liquid 28 . Here the filling station is connectable to the microfluidic device 2 for providing the microfluidic device 2 with the sample liquid 27 and the filling station (not shown) is a connectable combined function of the microfluidic system 1 The parts can be considered to be the sample liquid source and the primary sealing liquid source.

マイクロ流体システム1は、マイクロ流体デバイス2に接続された流れ回路3をさらに備え、流れ回路3は、マイクロ流体デバイス2の流路25を通して追加のシーリング液29を流し、主に追加のシーリング液29をマイクロ流体デバイス2の流路25を通して流すために使用される。ここで、追加のシーリング液29の流れは、反時計回りの矢印の円によって示されている。追加のシーリング液29は、加熱された追加のシーリング液29を含む調温されたリザーバ41と、非加熱又は冷却された追加のシーリング液29を含む調温されていないリザーバ42とからなる二次シーリング液体源4に実質的に由来し、それぞれ電子制御送達バルブ411,421により、リザーバ41,42が流れ回路3に接続される。したがって、送達バルブ411を制御することにより、加熱された追加のシーリング液29が流れ回路3に導入され得、送達バルブ421を制御することにより、加熱されていない追加のシーリング液29が流れ回路3に導入され得、それにより流れ回路3内の追加のシーリング液29の所望の温度プロファイルが得られる。代替的に、調温されたリザーバ41及び調温されていないリザーバ42は、共通の混合バルブを共有し、共通の混合バルブは、流れ回路3に接続され、混合蛇口の意味で機能し、すでに予混合されて、調温された追加のシーリング液29が流れ回路3に導入され、マイクロ流体デバイス2に提供される準備が整う。 The microfluidic system 1 further comprises a flow circuit 3 connected to the microfluidic device 2, the flow circuit 3 flowing an additional sealing liquid 29 through the channels 25 of the microfluidic device 2, mainly the additional sealing liquid 29. is used to flow through the channel 25 of the microfluidic device 2 . Here, the flow of additional sealing liquid 29 is indicated by the counterclockwise arrowed circle. The additional sealing liquid 29 is a secondary liquid consisting of a conditioned reservoir 41 containing heated additional sealing liquid 29 and an uncontrolled reservoir 42 containing unheated or cooled additional sealing liquid 29 . Reservoirs 41 , 42 are connected to flow circuit 3 by means of electronically controlled delivery valves 411 , 421 , respectively, substantially derived from sealing liquid source 4 . Thus, by controlling delivery valve 411 , heated additional sealing liquid 29 may be introduced into flow circuit 3 , and by controlling delivery valve 421 , unheated additional sealing liquid 29 may be introduced into flow circuit 3 . to obtain the desired temperature profile of the additional sealing liquid 29 in the flow circuit 3 . Alternatively, the tempered reservoir 41 and the non-tempered reservoir 42 share a common mixing valve, which is connected to the flow circuit 3 and functions in the sense of a mixing faucet, already Additional premixed and temperature controlled sealing liquid 29 is introduced into the flow circuit 3 and is ready to be provided to the microfluidic device 2 .

ここで、追加のシーリング液29を流路25に提供するために、マイクロ流体システム1のポンプ手段として機能するペリスタルティックポンプ31が、追加のシーリング液29をマイクロ流体デバイス2に、その入り口23、流路25を通じて出口24から出るように送り出すために、流れ回路3の一部として提供され、それにより、反応領域26のアレイ内の試料のサーモサイクリングのために反応領域26のアレイに熱又は冷気を提供するだけでなく、流路25の内部に気泡が発生した場合に任意の気泡を流路25及び出口24から、即ちマイクロ流体デバイス2から洗い流す。ここで、ポンプ31は、流路25を通して追加のシーリング液29を絶えず押し出すことができ、又は例えば、反応領域26のアレイ内の試料液体27を調温する必要がある場合にのみ、追加のシーリング液29を流路25に断続的に送り出すことができる。したがって、追加のシーリング液29を必要に応じて流路25に送り出す可能性により、流路25内の既存の気泡、又は試料液体27のサーモサイクリング中に出現するあらゆる種類の気泡を、追加のシーリング液29で流路25を洗い流すことによりマイクロ流体デバイス2から除去することができる。フローシステム全体から気泡を最終的に除去できるようにするために、マイクロ流体システム1は、マイクロ流体デバイス2の出口24の下流に、本実施形態では、ポンプ31の前に配置された気泡トラップ32をさらに備え、気泡トラップ32は、流れた追加のシーリング液29から気泡を分離するために使用される。これにより、気泡は、もしあれば、マイクロ流体システム1から直ちに除去することができる。したがって、テスト結果に対する気泡の悪影響は、少なくとも低減されるか、完全に回避され得る。 Here, in order to provide the additional sealing liquid 29 to the channel 25, a peristaltic pump 31 acting as a pump means of the microfluidic system 1 delivers the additional sealing liquid 29 to the microfluidic device 2, its inlet 23, is provided as part of the flow circuit 3 for pumping out of the outlet 24 through the flow path 25, thereby supplying heat or cold to the array of reaction areas 26 for thermocycling of the samples in the array of reaction areas 26. as well as washing away any air bubbles from the channel 25 and the outlet 24 , ie from the microfluidic device 2 , if bubbles are generated inside the channel 25 . Here, the pump 31 can constantly push additional sealing liquid 29 through the channel 25 or only add additional sealing liquid 29 if, for example, the sample liquid 27 in the array of reaction areas 26 needs to be tempered. Liquid 29 can be intermittently pumped into channel 25 . Thus, the possibility of pumping additional sealing liquid 29 into the channel 25 as required allows existing air bubbles in the channel 25 or any kind of air bubbles appearing during thermocycling of the sample liquid 27 to be eliminated by additional sealing. It can be removed from the microfluidic device 2 by flushing the channel 25 with the liquid 29 . In order to be able to finally remove air bubbles from the entire flow system, the microfluidic system 1 includes a bubble trap 32 arranged downstream of the outlet 24 of the microfluidic device 2, in this embodiment before the pump 31. and a bubble trap 32 is used to separate bubbles from the additional sealing liquid 29 that has flowed. This allows air bubbles, if any, to be immediately removed from the microfluidic system 1 . Thus, the adverse effects of air bubbles on test results can be at least reduced or completely avoided.

図2には、本発明のマイクロ流体デバイス1´の第2実施形態が示されており、これは基本的に、図1に示される第1実施形態に関して説明した構造と同様の構造からなる。ここで、同一の参照番号は同一の要素を示し、重複を避けるためにそれぞれの説明は省略する。しかしながら、第1実施形態とは対照的に、マイクロ流体デバイス1´は、非加熱の追加のシーリング液29を含む調温されていないリザーバ42のみを含み、反応領域26のアレイ内の試料に適用される所望のサーモサイクリング温度プロファイルに従って調温されていないリザーバ42を調温するために、リザーバ42の下流にフローヒータ5が設けられる。ここでまた、リザーバ42は、それぞれ電子制御送達バルブ421によって流れ回路3に接続され、送達バルブ421を制御することにより、反応領域26のアレイ内の資料に所望のサーモサイクリング温度プロファイルを提供するだけでなく、最も重要には流路25内で発生する気泡を洗い流すために、それぞれ温度調節された追加のシーリング液29が、流れ回路3に導入され得、且つマイクロ流体デバイス2にポンプ31によって送り出され得る。 FIG. 2 shows a second embodiment of a microfluidic device 1' according to the invention, which basically consists of a structure similar to that described with respect to the first embodiment shown in FIG. Here, the same reference numbers denote the same elements, and respective descriptions are omitted to avoid duplication. However, in contrast to the first embodiment, the microfluidic device 1' comprises only an uncontrolled reservoir 42 containing an additional unheated sealing liquid 29, applied to the sample in the array of reaction areas 26. A flow heater 5 is provided downstream of the reservoir 42 to condition the non-tempered reservoir 42 according to the desired thermocycling temperature profile. Here again, the reservoirs 42 are each connected to the flow circuit 3 by electronically controlled delivery valves 421, which are simply controlled to provide the desired thermocycling temperature profile to the materials in the array of reaction areas 26. but most importantly to wash away air bubbles generated in the channel 25, an additional sealing liquid 29, respectively temperature-controlled, can be introduced into the flow circuit 3 and pumped to the microfluidic device 2 by a pump 31. can be

別の実施形態によれば、フローヒータ5なしでの図2に示された前述の実施形態の構造が、当技術分野で知られ且つ図4A-図4Dのいずれかに関連して説明されるプレートサイクラ8に適用され得、プレートサイクラ8にはマイクロ流体デバイス2が設けられている。それにより、反応領域26のアレイ内の試料液体27への所望のサーモサイクリング温度プロファイルの提供は、プレートサイクラ8によって確立され得、非加熱の追加のシーリング液29の送出は、流路25内の、存在する場合、気泡の除去にのみ使用される。さらに、別の代替の実施形態によれば、図2に示す実施形態の構造は、フローヒータ5又はプレートサイクラ8なしで適用可能であるが、追加のシーリング液29は、必要に応じて追加のシーリング液29に電圧を印加することで追加のシーリング液29を加熱するために、導電性グラフェン材料を含み、これにより、任意の種類の外部ヒータ又は加熱リザーバを必要とせずに、反応領域26のアレイ内の試料材料に所望のサーモサイクリング温度プロファイルを適用できるように、追加のシーリング液29の加熱を達成する。 According to another embodiment, the structure of the previous embodiment shown in FIG. 2 without flow heater 5 is known in the art and described in connection with any of FIGS. 4A-4D. It can be applied to a plate cycler 8 in which the microfluidic device 2 is provided. Thereby, the provision of a desired thermocycling temperature profile to the sample liquid 27 in the array of reaction areas 26 can be established by the plate cycler 8 and the delivery of unheated additional sealing liquid 29 into the channels 25. , if present, is only used to remove air bubbles. Furthermore, according to another alternative embodiment, the structure of the embodiment shown in FIG. Including a conductive graphene material to heat the additional sealing liquid 29 by applying a voltage to the sealing liquid 29, thereby reducing the reaction area 26 without the need for an external heater or heating reservoir of any kind. Additional heating of the sealing liquid 29 is achieved so that the desired thermocycling temperature profile can be applied to the sample material in the array.

本発明をその特定の実施形態に関連して説明したが、この説明は例示のみを目的とすることを理解されたい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。 Although the invention has been described in relation to specific embodiments thereof, it is to be understood that this description is for the purpose of illustration only. Accordingly, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims.

1 マイクロ流体システム(第1実施形態)
1´ マイクロ流体システム(第2実施形態)
2 マイクロ流体デバイス
21 マイクロ流体デバイスの下部プレート/下層
22 マイクロ流体デバイスの上部プレート/上層
23 マイクロ流体デバイス入口
231 マイクロ流体デバイス入口カバー
24 マイクロ流体デバイス出口
241 マイクロ流体デバイス出口カバー
25 マイクロ流体デバイス流路
26 反応領域/ウェルのアレイ
27 試料液体(反応領域に充填される)
28 初期シーリング液
29 追加のシーリング液
3 流れ回路
31 ポンプ
32 気泡トラップ
4 二次シーリング液体源
41 調温されたリザーバ
411 電子制御送達バルブ
42 調温されていないリザーバ
421 電子制御送達バルブ
5 フローヒータ
6 マイクロ流体チップ
61 マイクロ流体チップの下部プレート/下層
62 マイクロ流体チップの上部プレート/上層
63 マイクロ流体チップ入口
64 マイクロ流体チップ出口
65 マイクロ流体チップ流路
66 マイクロウェルのアレイ
7 マイクロ流体チップ
71 マイクロ流体チップの下部プレート/下層
72 マイクロ流体チップの上部プレート/上層
73 マイクロ流体チップ入口
74 マイクロ流体チップ出口
75 マイクロ流体チップ流路
76 反応領域/ウェルのアレイ
77 試料液体(反応領域に充填される)
78 シーリング液
8 プレートサイクラ
81 プレートサイクラのボトムヒータ
82 プレートサイクラのトップヒータ
91 初期気泡
92 新しく出現した気泡
93 合併した気泡
1 Microfluidic system (first embodiment)
1' Microfluidic system (second embodiment)
2 microfluidic device 21 lower plate/lower layer of microfluidic device 22 upper plate/upper layer of microfluidic device 23 microfluidic device inlet 231 microfluidic device inlet cover 24 microfluidic device outlet 241 microfluidic device outlet cover 25 microfluidic device channel 26 reaction areas/array of wells 27 sample liquid (filled in reaction areas)
28 initial sealing liquid 29 additional sealing liquid 3 flow circuit 31 pump 32 bubble trap 4 secondary sealing liquid source 41 regulated reservoir 411 electronically controlled delivery valve 42 unregulated reservoir 421 electronically controlled delivery valve 5 flow heater 6 microfluidic chip 61 bottom plate/bottom layer of microfluidic chip 62 top plate/top layer of microfluidic chip 63 microfluidic chip inlet 64 microfluidic chip outlet 65 microfluidic chip channel 66 array of microwells 7 microfluidic chip 71 microfluidic chip bottom plate/bottom layer of microfluidic chip 72 top plate/top layer of microfluidic chip 73 microfluidic chip inlet 74 microfluidic chip outlet 75 microfluidic chip channel 76 reaction area/array of wells 77 sample liquid (filled in the reaction area)
78 Sealing liquid 8 Plate cycler 81 Plate cycler bottom heater 82 Plate cycler top heater 91 Initial bubble 92 Newly appearing bubble 93 Merged bubble

Claims (15)

生物学的試料のデジタルポリメラーゼ連鎖反応dPCRのためのマイクロ流体システム(1;1´)であって、
入口(23)、出口(24)、前記入口(23)を前記出口(24)に接続する流路(25)、及び前記流路(25)と流体連通する反応領域(26)のアレイを有する少なくとも1つのマイクロ流体デバイス(2)と、
前記マイクロ流体デバイス(2)の前記流路(25)を通して液体を流すための、前記マイクロ流体デバイス(2)に接続可能な流れ回路(3)と、
前記マイクロ流体デバイス(2)に試料液体(27)を提供するための、前記マイクロ流体デバイス(2)に接続可能な試料液体源と、
前記反応領域(26)のアレイ内部の前記試料液体(27)を封止するために前記マイクロ流体デバイス(2)に初期シーリング液(28)を提供するための、前記マイクロ流体デバイス(2)に接続可能な一次シーリング液体源と、
前記マイクロ流体デバイス(2)に追加のシーリング液(29)を提供するための、前記マイクロ流体デバイス(2)に接続可能な二次シーリング液体源(4)と、
前記流れ回路(3)に接続され、前記流路(25)を通して前記追加のシーリング液(29)を送り出すように構成されるポンプ手段(31)と、
前記流路(25)から気泡を洗い流すために、前記流路(25)における気泡の検出に基づいて前記追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して送り出すように前記ポンプ手段(31)を制御する制御ユニットと、を有する、マイクロ流体システム。
A microfluidic system (1;1′) for digital polymerase chain reaction dPCR of biological samples, comprising:
having an inlet (23), an outlet (24), a channel (25) connecting said inlet (23) to said outlet (24), and an array of reaction areas (26) in fluid communication with said channel (25). at least one microfluidic device (2);
a flow circuit (3) connectable to said microfluidic device (2) for flowing liquid through said channel (25) of said microfluidic device (2);
a sample liquid source connectable to said microfluidic device (2) for providing a sample liquid (27) to said microfluidic device (2);
to said microfluidic device (2) for providing an initial sealing liquid (28) to said microfluidic device (2) to seal said sample liquid (27) within said array of reaction areas (26). a connectable primary sealing liquid source;
a secondary sealing liquid source (4) connectable to said microfluidic device (2) for providing additional sealing liquid (29) to said microfluidic device (2);
pumping means (31) connected to said flow circuit (3) and adapted to pump said additional sealing liquid (29) through said channel (25);
said pumping means (31) for pumping said additional sealing liquid (29) through said channel (25) upon detection of air bubbles in said channel (25) for flushing air bubbles from said channel (25); ), and a microfluidic system.
請求項1に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
任意のシーリング液(28,29)が不混和性液体であり、好ましくは、任意のシーリング液(28,29)が、油、及びシリコーン液等のポリマー液のうちの1つ、又はそれらの混合物であり、さらに好ましくは、前記初期シーリング液(28)及び前記追加のシーリング液(29)は、同一のシーリング液材料からなる、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to claim 1,
Optional sealing liquids (28, 29) are immiscible liquids, preferably optional sealing liquids (28, 29) are one or mixtures of oils and polymer liquids such as silicone liquids. and more preferably, said initial sealing liquid (28) and said additional sealing liquid (29) consist of the same sealing liquid material.
請求項1又は2に記載されたマイクロ流体システムにおいて、
前記一次シーリング液体源及び前記二次シーリング液体源(4)が、異なるシーリング液リザーバ又は共通のシーリング液リザーバによって実装され、好ましくは、前記初期シーリング液(28)は、調温されていないシーリング液である、マイクロ流体システム。
In the microfluidic system according to claim 1 or 2,
Said primary sealing liquid source and said secondary sealing liquid source (4) are implemented by different sealing liquid reservoirs or a common sealing liquid reservoir, preferably said initial sealing liquid (28) is a non-tempered sealing liquid , a microfluidic system.
請求項1から3のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
記ポンプ手段(31)は、所定量の前記追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して送り出すように制御され、さらに好ましくは、前記ポンプ手段(31)は、前記追加のシーリング液(29)を、絶え間なく、断続的に、又は前記流路(25)内の気泡の検出時に、前記流路(25)を通して送り出すように制御される、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 3,
Said pump means (31) is controlled to pump a predetermined amount of said additional sealing liquid (29) through said channel (25), more preferably said pump means (31) is adapted to pump said additional sealing liquid (29). A microfluidic system controlled to pump liquid (29) through said channels (25) continuously, intermittently or upon detection of air bubbles in said channels (25).
請求項1から4のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記マイクロ流体システム(1;1´)は、気体をシーリング液(28,29)から分離するために、前記流れ回路(3)に接続された気泡トラップ(32)をさらに備え、前記気泡トラップ(32)は、前記マイクロ流体デバイス(2)の前記出口(24)の下流に配置される、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 4,
Said microfluidic system (1; 1') further comprises a bubble trap (32) connected to said flow circuit (3) for separating gas from sealing liquid (28, 29), said bubble trap ( 32) is a microfluidic system arranged downstream of said outlet (24) of said microfluidic device (2).
請求項1から5のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記マイクロ流体システム(1;1´)は、前記反応領域(26)のアレイの各部材に前記試料液体(27)の形態で提供される前記生物学的試料を分析するために使用され、且つ/又は
前記入口(23)及び/又は前記出口(24)は、前記マイクロ流体デバイス(2)と前記試料液体源との接続のため、前記マイクロ流体デバイス(2)と前記一次シーリング液体源との接続のため、及び/又は前記マイクロ流体デバイス(2)と前記二次シーリング液体源(4)との接続のため、接続ポートの形で実装され、且つ/又は
前記マイクロ流体デバイス(2)は、少なくとも下層(21)と上層(22)で構成され、前記下層(21)又は上層(22)のいずれかは前記反応領域(26)のアレイ、前記入口(23)、及び前記出口(24)を提供し、前記流路(25)は、前記下層(21)と前記上層(22)の間に確立され、前記反応領域(26)のアレイと流体接続しており、好ましくは、各反応領域はマイクロウェル又はナノウェルであり、さらに好ましくは、前記マイクロ流体デバイス(2)はマイクロ流体チップであり、且つ/又は
前記試料液体(27)は、前記生物学的試料とdPCR分析に必要な試薬を含む水溶液であり、好ましくは最初に前記試料液体(27)が前記流路(25)を通して前記反応領域(26)のアレイに流され、前記初期シーリング液(28)は、前記反応領域(26)のアレイへの前記試料液体(27)の供給後、前記マイクロ流体デバイス(2)の前記流路(25)に流し込まれる、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 5,
said microfluidic system (1; 1') is used to analyze said biological sample provided in the form of said sample liquid (27) on each member of said array of reaction areas (26), and /or said inlet (23) and/or said outlet (24) are for connection between said microfluidic device (2) and said sample liquid source, between said microfluidic device (2) and said primary sealing liquid source; implemented in the form of a connection port for connection and/or for connection between said microfluidic device (2) and said secondary sealing liquid source (4), and/or said microfluidic device (2) is Consists of at least a lower layer (21) and an upper layer (22), either said lower layer (21) or upper layer (22) comprising an array of said reaction areas (26), said inlets (23) and said outlets (24). wherein said channel (25) is established between said lower layer (21) and said upper layer (22) and is in fluid communication with an array of said reaction areas (26), preferably each reaction area comprising microwells or nanowells, more preferably said microfluidic device (2) is a microfluidic chip, and/or said sample liquid (27) contains said biological sample and reagents necessary for dPCR analysis an aqueous solution, preferably first said sample liquid (27) is flowed through said channel (25) to said array of reaction areas (26), said initial sealing liquid (28) being a A microfluidic system, wherein after supplying said sample liquid (27) to an array, it is allowed to flow into said channel (25) of said microfluidic device (2).
請求項1から6のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記マイクロ流体システム(1;1´)は、前記マイクロ流体デバイス(2)内の気泡の存在又は発生を検出するための検出手段をさらに備え、好ましくは、検出手段は光学撮像装置であり、さらに好ましくは光学カメラである、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 6,
Said microfluidic system (1; 1') further comprises detection means for detecting the presence or occurrence of air bubbles in said microfluidic device (2), preferably the detection means is an optical imaging device, and A microfluidic system, preferably an optical camera.
請求項1から7のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記マイクロ流体システム(1;1´)は、前記反応領域(26)のアレイにサーモサイクリング温度プロファイルを提供するための、前記マイクロ流体デバイス(2)を受ける熱マウントをさらに有する、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 7,
The microfluidic system (1; 1') further comprises a thermal mount for receiving the microfluidic device (2) for providing a thermocycling temperature profile to the array of reaction areas (26).
請求項1から7のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記反応領域(26)のアレイへのサーモサイクリング温度プロファイルの提供は、シーリング液の温度を所望のサーモサイクリング温度プロファイル温度まで加熱及び/又は冷却するための加熱及び/又は冷却手段によって実施され、
前記二次シーリング液体源(4)は、加熱されていない追加のシーリング液(29)を備えたリザーバ(42)を備え、前記追加のシーリング液(29)を必要に応じて加熱するために、フロー型加熱手段(5)が前記リザーバ(42)の下流に設けられ、及び/又は
前記二次シーリング液体源(4)は、加熱された追加のシーリング液(29)を備えた少なくとも1つのリザーバ(41)と、非加熱又は冷却された追加のシーリング液(29)を備えた少なくとも1つのリザーバ(42)とを含み、前記リザーバ(41,42)は、それぞれの電子制御送達バルブ(411、421)又は共通の混合バルブなどのバルブ機構(411,421)によって流れ回路(3)に分離可能に接続され、及び/又は
前記追加のシーリング液(29)は、前記追加のシーリング液(29)に必要に応じて電圧を印加することによって前記追加のシーリング液を加熱するために、グラフェン材料などの導電性材料を含む、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 7,
providing the thermocycling temperature profile to the array of reaction regions (26) is performed by heating and/or cooling means for heating and/or cooling the temperature of the sealing liquid to the desired thermocycling temperature profile temperature;
Said secondary sealing liquid source (4) comprises a reservoir (42) with an additional unheated sealing liquid (29), for optionally heating said additional sealing liquid (29), Flow-type heating means (5) are provided downstream of said reservoir (42) and/or said secondary sealing liquid source (4) comprises at least one reservoir with heated additional sealing liquid (29). (41) and at least one reservoir (42) with an additional unheated or cooled sealing liquid (29), said reservoirs (41, 42) being connected to respective electronically controlled delivery valves (411, 421) or is detachably connected to the flow circuit (3) by a valve mechanism (411, 421) such as a common mixing valve, and/or said additional sealing liquid (29) A microfluidic system comprising a conductive material, such as a graphene material, for heating said additional sealing liquid by applying a voltage on demand to the.
請求項1から9のいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)において、
前記マイクロ流体システム(1;1´)は、少なくとも前記マイクロ流体デバイス(2)を取り囲む圧力チャンバをさらに備える、マイクロ流体システム。
In a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 9,
A microfluidic system, wherein said microfluidic system (1; 1') further comprises a pressure chamber surrounding at least said microfluidic device (2).
請求項1から10ののいずれか一項に記載されたマイクロ流体システム(1;1´)における生物学的試料のデジタルポリメラーゼ連鎖反応dPCRの方法であって、
特にマイクロ流体チップの形態で提供される前記マイクロ流体デバイス(2)の前記流路(25)を通して試料液体(27)を流し、前記試料液体(27)を前記流路(25)を通して押し込むことにより、前記反応領域(26)のアレイを前記試料液体(27)で連続的に充填するステップと、
前記反応領域(26)のアレイが試料液体(27)で満たされた後、前記反応領域(26)のアレイの各反応領域を封止するため、及び前記マイクロ流体デバイス(2)から残っている試料液体(27)を押し出すために、前記マイクロ流体デバイス(2)の前記流路(25)を通して初期シーリング液(28)を流すステップと、
サーモサイクリング温度プロファイルを前記反応領域(26)のアレイに適用するステップと、
前記流路(25)から気泡を洗い流すために、前記マイクロ流体デバイス(2)の前記流路(25)を通して追加のシーリング液(29)を送り出すステップと、を有する方法。
A method of digital polymerase chain reaction dPCR of biological samples in a microfluidic system (1; 1') according to any one of claims 1 to 10, comprising:
by flowing a sample liquid (27) through said channels (25) of said microfluidic device (2), particularly provided in the form of a microfluidic chip, and forcing said sample liquid (27) through said channels (25) , successively filling the array of reaction areas (26) with the sample liquid (27);
for sealing each reaction area of the array of reaction areas (26) after the array of reaction areas (26) has been filled with a sample liquid (27) and remaining from the microfluidic device (2). flowing an initial sealing liquid (28) through the channel (25) of the microfluidic device (2) to push out a sample liquid (27);
applying a thermocycling temperature profile to the array of reaction areas (26);
and C. pumping additional sealing liquid (29) through said channels (25) of said microfluidic device (2) to flush air bubbles from said channels (25).
請求項11の方法において、
追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して送り出す前記ステップは、必要に応じて、所定量の追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して送り出すことを含み、好ましくは、追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して送り出す前記ステップは、追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して絶えず送り出すステップ、又は追加のシーリング液(29)を前記流路(25)を通して断続的に送り出すステップ、及び/又は前記流路(25)内の気泡を検出したときに、前記流路(25)を通して追加のシーリング液(29)を送り出すステップである、方法。
12. The method of claim 11, wherein
Said step of delivering additional sealing liquid (29) through said channel (25) optionally comprises delivering a predetermined amount of additional sealing liquid (29) through said channel (25), preferably , said step of pumping additional sealing liquid (29) through said channel (25) comprises continuously pumping additional sealing liquid (29) through said channel (25); intermittently pumping through the channel (25) and/or pumping additional sealing liquid (29) through the channel (25) upon detection of air bubbles in the channel (25); Method.
請求項11又は12に記載された方法において、さらに、
好ましくは光学撮像装置、例えば光学カメラなどの検出手段によって、前記マイクロ流体デバイス(2)内の気泡の存在又は生成を監視及び検出するステップ、及び/又は
好ましくは、前記マイクロ流体デバイス(2)の前記出口(24)の下流の前記流れ回路(3)に接続された気泡トラップ(32)によって、追加のシーリング液(29)から気泡を分離するステップ、及び/又は
好ましくは、少なくとも前記マイクロ流体デバイス(2)を囲む圧力チャンバによって、前記マイクロ流体デバイス(2)に圧力を加えるステップ、及び/又は
前記反応領域(26)のアレイに提供される前記生物学的試料を分析するステップ、を含む、方法。
13. The method of claim 11 or 12, further comprising
monitoring and detecting the presence or generation of bubbles in said microfluidic device (2), preferably by means of detection means such as an optical imaging device, e.g. an optical camera; separating air bubbles from additional sealing liquid (29) by means of a bubble trap (32) connected to said flow circuit (3) downstream of said outlet (24); and/or preferably at least said microfluidic device applying pressure to the microfluidic device (2) by a pressure chamber surrounding (2) and/or analyzing the biological sample provided to the array of reaction areas (26); Method.
請求項11から13のいずれか一項に記載された方法において、
サーモサイクリング温度プロファイルを前記反応領域(26)のアレイに適用するステップは、
前記反応領域(26)のアレイにサーモサイクリング温度プロファイルを提供するために、前記マイクロ流体デバイス(2)を受け取る熱マウントの温度プロファイルを制御するステップ、又は
シーリング液温度を所望のサーモサイクリング温度プロファイル温度に加熱及び/又は冷却するための加熱及び/又は冷却手段を制御するステップ、を含む、方法。
14. A method as claimed in any one of claims 11 to 13,
Applying a thermocycling temperature profile to said array of reaction areas (26) comprises:
controlling the temperature profile of a thermal mount receiving said microfluidic device (2) to provide a thermocycling temperature profile to said array of reaction areas (26); or adjusting the sealing liquid temperature to a desired thermocycling temperature profile temperature. controlling heating and/or cooling means for heating and/or cooling to
請求項14に記載された方法において、
加熱及び/又は冷却手段(5)を制御するステップは、
必要に応じて前記追加のシーリング液(29)を加熱するために、前記二次シーリング液体源(4)の下流に設けられたフロー型加熱手段(5)を制御するステップ、及び/又は
加熱された追加のシーリング液(29)を含む少なくとも1つのリザーバ(41)と非加熱又は冷却された追加のシーリング液(29)を含む少なくとも1つのリザーバ(42)とからの追加のシーリング液(29)を混合するためのバルブ機構(411,421)を制御するステップ、及び/又は
必要に応じて前記追加のシーリング液(29)に電圧を印加するステップであって、前記追加のシーリング液(29)は、電圧の印加によって前記追加のシーリング液(29)を加熱するために、グラフェン材料などの導電性材料を含むステップ、を含む方法。
15. The method of claim 14, wherein
The step of controlling the heating and/or cooling means (5) comprises
controlling flow-type heating means (5) provided downstream of said secondary sealing liquid source (4) to heat said additional sealing liquid (29) as required; additional sealing liquid (29) from at least one reservoir (41) containing additional sealing liquid (29) and at least one reservoir (42) containing unheated or cooled additional sealing liquid (29). and/or optionally applying a voltage to said additional sealing liquid (29), said additional sealing liquid (29) includes a conductive material, such as a graphene material, for heating said additional sealing liquid (29) by application of a voltage.
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